[工學(xué)]現(xiàn)代工程控制基礎(chǔ)-資料下載頁(yè)
2025-02-16 14:17本頁(yè)面
【正文】 等于 摩擦力矩 （ 或重力力矩 ） Tf， 即 Tc=Tf。 一旦確定了所需的力矩 ， 就可以選擇電動(dòng)機(jī)了 。 對(duì)于交 流伺服電動(dòng)機(jī) ， 同樣驅(qū)動(dòng)力矩的電動(dòng)機(jī)又可分為大慣量 、 中慣量和小慣量電動(dòng)機(jī) ， 根據(jù)系統(tǒng)慣量和對(duì)響應(yīng)速度的要求來(lái)選擇 。 45 2022/3/13 1 / 2Lm( / ) ( 2 . 2 5 )n I I? 在現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ， 減速器一般直接選用現(xiàn)有 的產(chǎn)品而不自行設(shè)計(jì) 。 減速器的作用除了能減速之外 ， 另外 一個(gè)非常重要的作用就是可以增大輸出力矩 。 怎樣選取最佳 速比的減速器 ？ 下面我們就討論這個(gè)問(wèn)題 。 假定選用減速器的速比為 n:1， 增加了電動(dòng)機(jī)輸出力矩 ， 相當(dāng)于減少了負(fù)載慣量和摩擦力矩的值 。 摩擦力矩減少至原 來(lái)的 1/n ， 負(fù)載慣量減少至原來(lái)的 1/n2。 減速器最優(yōu)速比的計(jì)算公式為 其中 ， IL為負(fù)載折合到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Im為電動(dòng)機(jī) 自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 （ 2） 減速器的選擇 46 2022/3/13 當(dāng)位置傳感器的分辨率增加時(shí) ， 可以提高系統(tǒng) 反饋精度 ， 但分辨率不是越高越好 ， 分辨率高的傳 感器其價(jià)格也貴 ， 有時(shí)候高分辨率的作用也發(fā)揮不 出來(lái) ， 與系統(tǒng)控制器的工作頻率有關(guān) 。 下面舉例說(shuō) 明傳感器分辨率的選擇 。 （ 3）位置傳感器的選擇 47 2022/3/13 一個(gè)電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)速為 6000r/min， 位置精度為 。 控制器所允許的編碼器最高脈沖輸出頻率為 500kHz。 問(wèn)編 碼器所允許的分辨率的范圍是多少 ？ 既然電動(dòng)機(jī)最大速度 ωm是 6000r/min， 即 100r/s， 控制器最高頻率 fm為 500kHz， 那么最大分辨率是 : Rmax=fm/ωm=500000/100=500 (脈沖 /轉(zhuǎn) )。 另一方面 ， 傳感器分辨率應(yīng)當(dāng)高于所允許的位置誤差 ，一般為其 2～ 4倍 。 所允許的位置誤差為 ， 則相 應(yīng)地有： Rmin=360/=1800(脈沖 /轉(zhuǎn) )。 編碼器分辨率應(yīng)當(dāng)在 1800～ 5000脈沖 /轉(zhuǎn)之間 。 可以 選擇 4000脈沖 /轉(zhuǎn) 。 目前市場(chǎng)上出售的伺服電動(dòng)機(jī)上的編 碼器對(duì)一般精度要求的系統(tǒng)都是夠用的 。 48 2022/3/13 設(shè)計(jì)舉例 一個(gè)具有慣量為 IL= 103kgm2以及摩擦力矩 Tf=m 的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)需在 60ms內(nèi)旋轉(zhuǎn) 20o。 運(yùn)動(dòng)是每秒內(nèi)重復(fù) 5次 。 平臺(tái) 間接地由一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) ， 相應(yīng)的參數(shù)分別為：電動(dòng)機(jī)自 身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Im=104kgm2 ， 力矩常數(shù) Kt=m/A， 負(fù)載摩擦 力矩 Tf=m， 電阻 r=2Ω， 峰值力矩 Tp=2Nm ， 連續(xù)力矩 Tc=m 。 所需的位置精度為 。 運(yùn)動(dòng)控制器允許編碼器最 高頻率為 500 KHz。 設(shè)計(jì)目標(biāo)如下： （ 1）確定電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的最優(yōu)減速比； （ 2）確定電動(dòng)機(jī)是否能夠執(zhí)行所需要的運(yùn)動(dòng)； （ 3）確定編碼器的分辨率。 49 2022/3/13 1 / 2 3 4 1 / 2Lm( / ) [ ( 1 . 6 1 0 ) / 1 0 ] 4n I I ??? ? ? ?根據(jù)題意，作如下分析： （ 1）減速比 減速比由式（ ）得 : 1 / 2Lm( / ) ( 2 .2 5 )n I I?即最優(yōu)減速比為 4： 1。 50 2022/3/13 2 4 2Lm/ 2 1 0 ( k g m )I I n I ?? ? ? ? ?f 0 . 2 / 4 0 . 0 5 ( N m )T ? ? ?mL 4 2 0 8 0n??? ? ? ? ? ?（ 2）電動(dòng)機(jī)功率 電動(dòng)機(jī)和負(fù)載總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 : 相似地，負(fù)載摩擦力矩反映到電動(dòng)機(jī)上的值為 : 減速器增加了電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度： 51 2022/3/13 3o ( 4 0 1 0 ) 1 .4? ??? o 3 5 r a d /s? ?2oa/ 3 5 / 0 . 0 2 1 7 5 0 ( r a d /s )T??? ? ?電 機(jī) 速 度 / ( r a d / s )時(shí) 間 / m s02 0 4 0 6 0TaTo? 假定速度輪廓為具有等時(shí)間間隔加速度、恒速以及減速度 的梯形，如圖 。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度為 80o()，則 其運(yùn)行的最大速度計(jì)算為： 即 所以其加速度為： 圖 電動(dòng)機(jī)速度曲線圖 52 2022/3/13 為了確定所需要的峰值力矩，由式（ ），得 4p m L f( ) 1 7 5 0 ( 2 1 0 ) 0 . 0 5 = 0 . 4 ( N m )T I I a T ?? ? ? ? ? ? ? ? 顯然，所需的峰值力矩小于電動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的峰值力矩 和連續(xù)力矩 ，所以電動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生所需的運(yùn)動(dòng)。 p m L f( ) ( 2 .2 4 )T I I T?? ? ?電動(dòng)機(jī)的峰值力矩 Tp=2Nm ，連續(xù)力矩 Tc=m 。 53 2022/3/13 圖 倒立振子／臺(tái)車控制系統(tǒng) 工程實(shí)例中的驅(qū)動(dòng)及其傳動(dòng)技術(shù) 54 2022/3/13 圖 臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D 用于控制實(shí)驗(yàn)的倒立振子 /臺(tái)車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 。 臺(tái)車騎跨在長(zhǎng)度 (寬 25mm， 厚 軌 )。 將倒立振子的支點(diǎn)軸承安裝在臺(tái)車上 。 用編碼器檢測(cè)倒 立振子的傾斜度 。 為限制振子的傾斜角度 ， 安裝有限位器 。 臺(tái)車的主體材質(zhì)為鋁合金 ， 大大減輕了系統(tǒng)的質(zhì)量 。
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1