伺服系統(tǒng)技術(shù)-文庫(kù)吧資料
2024-10-13 15:43本頁(yè)面
【正文】 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)控制在： 小慣量電機(jī)（ Jm=） 大慣量電機(jī)（ Jm=） 141 ??mdJJ31 ??mdJJ比值太大，系統(tǒng)動(dòng)特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)機(jī)械接口，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有： 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng) 同步齒型帶傳動(dòng) 齒輪齒條傳動(dòng) 直線電機(jī)傳動(dòng) 最常用 步進(jìn)電機(jī)與絲杠螺母間的運(yùn)動(dòng)傳遞可能有多種形式： 采用同步齒型帶傳動(dòng)絲杠：中心距較大 通過(guò)減速器傳動(dòng)絲杠：減速器作用是配湊脈沖當(dāng)量、轉(zhuǎn)矩放大、 慣量匹配等 通過(guò)聯(lián)軸器直接相連：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得高速，對(duì)電機(jī)負(fù)載能 力要求較高 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對(duì)象，是進(jìn)行實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 中一般含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即 二、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī) 控制系統(tǒng)方案的選擇 導(dǎo)軌的選擇： 滾動(dòng)導(dǎo)軌 氣浮導(dǎo)軌、液體導(dǎo)軌 塑料貼面滑動(dòng)導(dǎo)軌 包括微機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路、接口電路等的選擇和設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)精度要求確定，對(duì)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取 =???初選步進(jìn)電機(jī)指：選擇步進(jìn)電機(jī)的類型和步矩角 混合式：兼以上二者優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高 反應(yīng)式： 小、 f 高、價(jià)格低，功耗大 永磁式： 大、 f 低，功耗小，斷電后仍有制動(dòng)力矩 ??? 計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 確定減速傳動(dòng)比 按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)參數(shù)選用 傳動(dòng)比公式： ??360pi ?計(jì)算出的傳動(dòng)比較小時(shí)，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng) 傳動(dòng)比較大時(shí)，采用多級(jí)齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)增加時(shí)，使齒隙和靜摩擦增加，傳動(dòng)效率降低，故傳動(dòng) 級(jí)數(shù)一般不超過(guò) 3級(jí)。 其結(jié)構(gòu)原理如圖所示： 包括開環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和閉環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹前者 PC機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 執(zhí)行元件 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 方案確定實(shí)質(zhì)是對(duì)上述各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì) 執(zhí)行元件的選擇 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇 開環(huán)伺服系統(tǒng)中可以采用步進(jìn)電機(jī)、液壓伺服閥控制的液壓馬達(dá)和液壓缸、氣壓伺服閥控制的氣壓馬達(dá)和氣壓缸等作為執(zhí)行元件，其中步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最廣泛，當(dāng)負(fù)載能力不夠時(shí)，考慮后者。 四、交流伺服電機(jī)的矢量控制 直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，轉(zhuǎn)矩的控制容易，動(dòng)態(tài)性好，而交流 電機(jī)的電樞電流不容易得到，轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)控制較困難，進(jìn)行矢量控制的 目的就是 模擬直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 三相交流量 兩相交流量 交流 /直流變換 逆變換 等效直流量 還原三相交流量 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制 五、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 電機(jī)選擇 成本 轉(zhuǎn)矩慣量比 功率密度 調(diào)速范圍 對(duì)傳感器要求 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)性 轉(zhuǎn)矩速度曲線 167。 動(dòng)態(tài)特性 n=f(t) 外加階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的 變化過(guò)程，理論分析知，交流和 直流伺服電機(jī)的傳遞函數(shù)類似， 因此，理想時(shí)，二者的動(dòng)態(tài)性相似 三、同步交流伺服電機(jī) 包括永磁同步交流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī) 永磁同步交流電機(jī) PMSM（ Permanent Mag Synchronous Motor） ： 無(wú)刷直流電機(jī) BDCM（ Brushless DC Motor） ： 用永磁體轉(zhuǎn)子代替繞線式轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組，省卻了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)、電 刷等。 圖 1 電樞控制原理 二、直流伺服電機(jī)的特性 機(jī)械特性 調(diào)節(jié)特性 當(dāng)控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系 靜態(tài)特性： 當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 與控制電壓變化的關(guān)系 圖 2 直流電機(jī)的靜態(tài)特性 三、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài)特性： 當(dāng)在電樞上外加階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化過(guò)程，即： n=f(t)或 =f(t) ?直流電機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)的要求 ? 根據(jù)負(fù)載的大小，選擇小慣量電機(jī)或大慣量電機(jī)（也稱力矩電機(jī)） ? 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩 和 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 滿足要求 ? 折算到電機(jī)軸的負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于或等于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速 穩(wěn)定運(yùn)行，低速或重載 ? 滿足穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩要求 nLM TT ?轉(zhuǎn)子JJ LM ? ? 滿足動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩要求 四、直流伺服電機(jī)的調(diào)速 fLq TTTT ??? ?其中： Tq為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩 為加速轉(zhuǎn)矩 Tf為摩擦轉(zhuǎn)矩 ?T加速過(guò)程近似線性過(guò)程，則加速轉(zhuǎn)矩為： amamtnJtJdtdJT602 ???? ???其中： nm為最高轉(zhuǎn)速 m? 為最高角速度 ? 頻繁啟制動(dòng)或負(fù)載經(jīng)常變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩均方根值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 根據(jù)等效發(fā)熱準(zhǔn)則，有： ntt TdtTt ??021其中： Tn為額定轉(zhuǎn)速 t為整個(gè)工作時(shí)間（或周期） Tt為瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩 有三種調(diào)速方法： ? 電樞控制調(diào)速 （即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時(shí)， ? 磁場(chǎng)控制調(diào)速 （即恒功率調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時(shí)， ? 混合調(diào)速（ 即恒功率調(diào)速），如主軸伺服驅(qū)動(dòng)，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒 轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率調(diào)速 . .cons tIT L ??如進(jìn)給伺服系統(tǒng) 如小慣量高速伺服系統(tǒng) .cons tIP ??167。 通過(guò)減小步距角和減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改善啟動(dòng)、加減速性能 電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算
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