【導讀】動裝置的確定、測量元件的選擇、放大裝置的選擇與設(shè)計計算。伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計目的。動態(tài)設(shè)計計算則是在此基礎(chǔ)上使系統(tǒng)達到要求的動態(tài)性能。括滿足動態(tài)誤差、穩(wěn)定性及快速性要求。穩(wěn)態(tài)設(shè)計運用基礎(chǔ)知識面更寬，需要有一定的實踐經(jīng)驗。我國計量管理規(guī)定一律采用國際單位制。牌數(shù)據(jù)仍沿用工程單位制。在計算時應(yīng)統(tǒng)一換算成國際單位制。特性，根據(jù)對象的具體特點和受載情況選擇執(zhí)行元件。壓、氣動馬達)帶動被控對象做機械運動?？貙ο笙嗦?lián)系的動力學特性關(guān)系極大。普通的現(xiàn)象，情況卻十分復雜。件相同的情況下，滾動摩擦力比滑動摩擦力小。摩擦)和介于兩者之間的邊界摩擦。作用綜合的結(jié)果。略有增加或保持不變。對隨動系統(tǒng)而言，摩擦負載影響系統(tǒng)的控制精度。ML為慣性負載轉(zhuǎn)矩；JL為被控對象繞其轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量；轉(zhuǎn)動時，會用到阻尼力(力矩)和附加水質(zhì)量。力矩和由于浮力中心和軸線不一致而造成的浮力不平衡力矩；電機至負載的總速比為i。

　　

【正文】 解 : (1)單位換算 (2)初選電機 2222l im2100 / /100 / /180 / /2 t 1 ,mmmcLs rad ss rad ss rad se radM N m J K g ms??? ? ???????? ? ? ??s最 大 跟 蹤 角 速 度 :最 大 跟 蹤 角 加 速 度 ：最 大 角 加 速 度 ：最 大 跟 蹤 角 差 ：負 載 干 摩 擦 ： ，零 初 始 狀 態(tài) 下 ， 1(t) 作 用 ， 要 求 選 電 機 。2 ( )2 ( 0 . 1 1 . 5 1 . 7 4 5 ) 1 . 7 4 5 9 . 5 4 ( )R c L m mP M JW?? ? ?? ? ? ? ? ? 選 f=400Hz兩相異步電機 70sL01，其參數(shù)如下 : 輸出參數(shù)： 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 Mbl=1000gcm= 空載轉(zhuǎn)速 n0=4800r/min= 額定輸出功率 PR=16w 輸入?yún)?shù)： 頻率 f=400Hz、 額定控制電壓 UC=115V 激磁電壓 Uf=115v、激磁電流 If= 電機參數(shù)： 電機時間常數(shù) Tm=25ms= 可求得 。 6201 2 163100 / m i n / 10R blRRRm blrM M N mPn r rad sMTMJ K g mn?? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ?傳動比 傳動裝置采用四級圓柱齒輪傳動，總效率為 : 取傳動轉(zhuǎn)動慣量 Jp和測速發(fā)電機 Jc 折合到電機后，總轉(zhuǎn)動慣量為 (3)驗證 溫升發(fā)熱驗證： 3 2 4 .6 1861 .7 4 5Rmi ?? ? ??40 .9 6 0 .8 5? ??6 6 22 2 4. 87 10 9 74 10rJ Kg m??? ? ? ? ? ?.2 2 2 222 6 2 2 221( ) ( )20 .1 1 1 .5( ) ( 9 .7 4 1 0 ) 1 8 6 1 .7 4 51 8 6 0 .8 5 2 1 8 6 0 .8 50 .0 1 4 ( ) 0 .0 4 9 ( )rcc Lrms rc p r mRMM JM M J J iiiN m M N m????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ?較 小 ， 忽 略 。所 選 電 機 滿 足 發(fā) 熱 要 求 。短時極限承受力驗證 : 動態(tài)頻帶驗證 : l im262( ) ( ) ( 10 ) 186 186 186 ( ) 0 098 ( )c Lrc p rblM JM M J J iiiN m M N m?????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ?.可 見 ， 電 機 有 足 夠 的 短 期 超 載 能 力 。622681 , 6 8 /() 186 5 186 ( 10 )()186 17 ( / ) 8 4 14 /scscbl rckLm p rkct s rad stMMMiJe i J Jirad srad s???????? ? ? ??? ?? ??? ? ? ?? ? ? ?????==. ， 在 其 范 圍 內(nèi) ， 滿 足 要 求 。伺服檢測裝置的選擇 ? 在伺服系統(tǒng)中，測量裝置的作用是產(chǎn)生一個與被檢測量等效的電信號 (如直流電流、直流電壓等 )，以控制系統(tǒng)工作。 ? 在信號的變化過程中，測量裝置會給伺服系統(tǒng)帶來誤差。測量裝置自身的精度或分辯率對整個伺服控制系統(tǒng)精度的關(guān)系 ? 對測量裝置的主要要求： (1)精度高，不靈敏區(qū)小，其誤差比整個系統(tǒng)允許誤差小得多； (2)被測量與電輸出信號之間在給定工作范圍內(nèi)具有線性關(guān)系； (3) 要求輸出信號中所含干擾成分要??； (4)輸出信號應(yīng)能在所要求的頻帶內(nèi)準確地復現(xiàn)被測量，盡量避 (5) (6)測量裝置輸出的功率應(yīng)足夠高，以便能夠不失真地傳遞信號 一、調(diào)速系統(tǒng)測量裝置的選擇 調(diào)速系統(tǒng)需要測速反饋，測量輸出角速度 Ω并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電 壓信號，反饋回去與輸入信號進行比較。 要求測速元件低速輸出穩(wěn)定，紋波小，線性度好。 模擬量測速元件，通常采用直流測速發(fā)電機 數(shù)字式測速元件，采用光電式脈沖發(fā)生器 (亦稱增量編碼器 ) 介紹直流測速發(fā)電機，數(shù)字測速的原理和基本要求以及頻率 / 電壓 (F/V)變換器。 模擬測速元件 ——直流測速發(fā)電機 ? 直流測速發(fā)電機的型式 : ? 伺服系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機的要求 ； b. c. d. e. ? 直流測速發(fā)電機的誤差因素 理想的測速發(fā)電機其輸出電壓 Ug與其轉(zhuǎn)軸的角速度 Ω成正比 Ug=KgΩ 直流測速發(fā)電機的輸出信號 Ug中，包含有紋波分量或無用信號 Un(rip)(t)，稱為測速發(fā)電機的噪聲。它由以下的各種因素所引起： 換向紋波 是構(gòu)成測速發(fā)電機噪聲的主要部分，它由測速發(fā)電 機電刷和換向器之間相對運動引起的。在低速時影響尤為明顯。 電樞偏心 它產(chǎn)生周期性的有害信號，其基波頻率等于測速發(fā) 電機的角頻率。頻率相對比較低，對系統(tǒng)是有害的。與換向紋波 相比，通常是較小的。 高頻噪聲 對噪聲 Un(rip)(t)影響的第三個因素是高頻噪聲或稱 “白噪聲”。它主要的是電磁感應(yīng)引起的。因為信號頻率較高，可 以濾除掉，對系統(tǒng)影響不大 。 ? 直流測速發(fā)電機反饋的速度伺服系統(tǒng)測量裝置的選擇 Kr代表速度給定電位器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，系統(tǒng)傳遞系數(shù) K為 12( 1 ) ( 1 )KT s T s??R?rKiUFKfu?U?101m a x m a xm in m in0 m in0 m in 0 m inm a x m a x m a xm in m in()l i m ( / )()( / )( )( 1 )1sfFopdFsK r a d s VU s UuK V r a d snDnnnnnDnKK???????????? ? ???????????? ?????? ? ?? ?? ????? ??反 饋 系 數(shù) ：系 統(tǒng) 調(diào) 速 范 圍 ：靜 差 率 ： = 最 低 空 載 轉(zhuǎn) 速開 環(huán) 和 閉 環(huán) 速 降 的 關(guān) 系 ： 測速發(fā)電機的線性關(guān)系 低速時電動勢小，輸出有“死區(qū)”。 根據(jù)輸出斜率 KF和電刷接觸壓降 ΔUd，可估算 u f=f(Ω)特性的不靈敏 區(qū) Ωdead=Δud/KF。 選擇時，應(yīng)使不靈敏區(qū) ΩdeadΩmin 選定以后， KF為已知值?？砂捶€(wěn)態(tài) 要求求出需要的增益 K值。一般 K值比穩(wěn)態(tài)要求的要高一些。 K確定后，當系統(tǒng)輸出達到最大速度 Ωmax時，需要的最大輸 入信號 Uimax為 Uimax=KFΩmax+Ωmax/K 系統(tǒng)可逆運行時，給定電位器最大輸出電壓應(yīng)等于 177。 Uimax， 則電位器的電源電壓 Ug≥｜ Uimax｜。 選擇給定電位器和測速發(fā)電機要注意負載能力，使負載引起 的非線性效應(yīng)最小。 ()fuf??fu?2dead?理 想 值實 際 值 數(shù)字測速元件 ——光電脈沖測速機 數(shù)字測速元件是由光電脈沖發(fā)生器及檢測裝置組成。它們具 有低慣量、低噪聲、高分辯率和高精度的優(yōu)點。脈沖發(fā)生器連接 在被測軸上，隨著被測軸的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一系列的脈沖，檢測裝置對 脈沖進行比較，獲得被測軸的速度。有電磁式和光電式兩種。 ? 原理（增量式光電編碼器） 放 大整 形光 源光 敏 元 件 A 相B 相n光 電 轉(zhuǎn) 盤A 相 A 相B 相 B 相標 記 脈 沖標 記 脈 沖順 時 針 旋 轉(zhuǎn)逆 時 針 旋 轉(zhuǎn)? 基本要求 高分辯率 分辯率表征測量裝置對轉(zhuǎn)速變化的敏感度，當測量數(shù)值改變， 對應(yīng)轉(zhuǎn)速由 n1變?yōu)?n2，則分辯率 Q定義為 Q=n2n1 (r/min) Q值愈小，測量裝置對轉(zhuǎn)速變化愈敏感，亦即其分辯率愈高。 高精度 精度表示偏離實際值的百分比，即當實際轉(zhuǎn)速為 n、誤差為 Δn時的測速精度為 e%=(Δn/n) 100% 影響測速精度的因素有：光電測速器的不同心度制造誤差和脈沖 計數(shù)時 177。 1個脈沖的誤差。 短的檢測時間 檢測時間，即兩次速度連續(xù)采樣的間隔時間 T。 T愈短，愈有 利于實現(xiàn)快速響應(yīng)。 ? 數(shù)字測速方法 脈沖計數(shù)測量轉(zhuǎn)速方法有三種： M法、 T法、 M/T法 M法測速 在規(guī)定的時間間隔 Tg內(nèi)，測量所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來獲 得被測速度值，這種方法稱為 M法。設(shè)脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出 的脈沖數(shù)為 P，且在規(guī)定的時間 Tg(秒 )內(nèi)，測得的脈沖數(shù)為 m1， 則電機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)： nM = 60m1/(PTg) (r/min) 技術(shù)指標： Q值與轉(zhuǎn)速無關(guān)，計數(shù)值 m1變化 1，在任何轉(zhuǎn)速下所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 值增量均等。轉(zhuǎn)速很小時， Tg內(nèi)脈沖少，則測出的速度不準確。 欲提高分辯率，可提高 P，或者增加 Tg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .T g脈 沖 個 數(shù) m 111g g gmmQP T P T P T??6 0 ( 1 ) 6 0 60： =分 辨 率 測量精度 測量過程有 177。 1個脈沖的檢測誤差，則相對誤差為 1/m1。轉(zhuǎn)速增加， m1增大，相對誤差減小， M法適用高速測量。 檢測時間 T=Tg=60/(PQ) 在保持一定分辯率的情況下，縮短檢測時間唯一的辦法是改用 P值大 (轉(zhuǎn)盤刻線密度大或透光孔多 )的光電脈沖發(fā)生器。 T法測速 測量相鄰兩個脈沖的時間來確定被測速度的方法叫 做 T法測速。 方法：用一已知頻率 fc的時鐘脈沖向一計數(shù)器發(fā)送脈沖，此計 數(shù)器由測速脈沖的兩個相鄰脈沖控制其起始和終止。若該計數(shù)器 的讀數(shù)為 m2，則電機每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為 nM = 60fc/(Pm2) (r/min) m 2T t a c h時 鐘 脈 沖 f c脈 沖 發(fā) 生 器 輸 出 脈 沖 T法測速的技術(shù)指標： 轉(zhuǎn)速 nM升高， Q值增大，轉(zhuǎn)速愈低， Q值愈小，亦即 T法測速 在低速時有較高的分辯率。 測速精度 光電脈沖發(fā)生器制造誤差為 ep%，導致測速的絕對 誤差隨著轉(zhuǎn)速的升高而增加。 例如 ep%=10%，當 nM=100r/min, ΔnM=10r/min； 當 nM=1000r/min, ΔnM=100r/min。 另外，時鐘脈沖 m2計數(shù)時，總