【正文】 指標(biāo)，既能保證振蕩在一定的范圍內(nèi)，過(guò)渡過(guò)程較平穩(wěn)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間較短，又具有較高的靈敏度。摩擦力可分為粘性摩擦力、庫(kù)侖摩擦力和靜摩擦力三種，方向均與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。當(dāng)負(fù)載處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，摩擦力為靜摩擦力Fs，其最大值發(fā)生在運(yùn)動(dòng)開始前的一瞬間；當(dāng)運(yùn)動(dòng)一開始，靜摩擦力即消失，此時(shí)摩擦力立即下降為動(dòng)摩擦（庫(kù)侖摩擦）力Fc，庫(kù)侖摩擦力是接觸面對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的阻力，大小為一常數(shù)；隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，摩擦力成線性增加，此時(shí)摩擦力為粘性摩擦Fv。摩擦對(duì)伺服系統(tǒng)的影響主要有：引起動(dòng)態(tài)滯后，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和低速爬行。如果系統(tǒng)開始處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)輸入軸以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于靜摩擦力矩T的作用，在范圍內(nèi)，輸出軸將不會(huì)運(yùn)動(dòng)，值即為靜摩擦引起的傳動(dòng)死區(qū)。當(dāng)輸入軸以恒速繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，在后，輸出軸也以恒速運(yùn)動(dòng)，但始終滯后輸入軸一個(gè)角度，若粘滯摩擦系統(tǒng)為f，則有： （227）式中是粘滯摩擦引起的動(dòng)態(tài)滯后；是庫(kù)侖摩擦所引起的動(dòng)態(tài)滯后；即為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。爬行—般出現(xiàn)在某個(gè)臨界轉(zhuǎn)速以下，而在高速運(yùn)行時(shí)并不出現(xiàn)。因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金屬滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、靜、動(dòng)壓導(dǎo)軌；靜、動(dòng)壓軸承、磁軸承等新型傳動(dòng)件和支承件，并進(jìn)行良好的潤(rùn)滑。 彈性變形的影響 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)彈性變形是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定和產(chǎn)生動(dòng)態(tài)滯后的主要因素，穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件。由式(225)、(226)知，其固有頻率與系統(tǒng)的阻尼、慣量、摩擦、彈性變形等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。因此為避免機(jī)械系統(tǒng)由于彈性變形而使整個(gè)伺服系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)諧振，一般要求系統(tǒng)的固有頻率ωn要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于伺服系統(tǒng)的工作頻率。 采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺寸、對(duì)軸承、絲杠等支承件施加預(yù)加載荷等方法均可以提高零件的剛度。 另外，在不改變機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率的情況下，通過(guò)增大阻尼也可以有效地抑制諧振。 慣量的影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。由式(226)可以看出，慣量大，值將減小，從而使系統(tǒng)的振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；由式(225)可知，慣量大，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。這些間隙對(duì)伺服系統(tǒng)性能有很大影響，下面以齒輪間隙為例進(jìn)行分析。圖中所用齒輪根據(jù)不同要求有不同的用途，有的用于傳遞信息（GG3），有的用于傳遞動(dòng)力（GG4），有的在系統(tǒng)閉環(huán)之內(nèi)（GG3），有的在系統(tǒng)閉環(huán)之外（GG4）。圖216典型轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)框圖 閉環(huán)之外的齒輪GG4的齒隙，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性無(wú)影響，但影響伺服精度。 閉環(huán)之內(nèi)傳遞動(dòng)力的齒輪G2的齒隙，對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)精度無(wú)影響，這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)有自動(dòng)校正作用。 反饋回路上數(shù)據(jù)傳遞齒輪G3的齒隙既影響穩(wěn)定性，又影響精度。（相關(guān)內(nèi)容在第三章講解） 第四節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)要求具有較高的響應(yīng)速度。本節(jié)就機(jī)械系統(tǒng)的啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹。m），當(dāng)加速時(shí)M為正值，減速時(shí)M為負(fù)值；J為負(fù)載和電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg但在實(shí)際問(wèn)題中，例如起動(dòng)時(shí)電機(jī)的輸出力矩是變化的，機(jī)械手裝置中轉(zhuǎn)臂至回轉(zhuǎn)軸的距離在回轉(zhuǎn)時(shí)也是變化的，因而J也隨之變化。如機(jī)床的工作臺(tái)停止時(shí)的定位精度就取決于制動(dòng)控制的精度。 制動(dòng)力矩 當(dāng)已知控制軸的速度（轉(zhuǎn)速）、制動(dòng)時(shí)間、負(fù)載力矩ML、裝置的阻力矩M f以及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J時(shí)，就可計(jì)算制動(dòng)時(shí)所需的力矩。下面分析將某一控制軸的轉(zhuǎn)速，在一定時(shí)間內(nèi)由初速n0減至預(yù)定的轉(zhuǎn)速n的情況。m）； t一制動(dòng)控制時(shí)間（s）。若已知裝置的機(jī)械效率時(shí)，則可以通過(guò)效率反映阻力矩，既：M L+M f = M L /。這時(shí)，制動(dòng)力矩MB、等效負(fù)載力矩ML、等效摩擦阻力矩Mf、裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J以及制動(dòng)速度是已知條件。為了提高運(yùn)動(dòng)部件停止的位置精度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定制動(dòng)距離以及制動(dòng)的時(shí)間。(r/min)，直線運(yùn)動(dòng)速度為v0（m/min）。 根據(jù)式（230）得 式中，n的單位為r/s。設(shè)初速度為v0（m/min），終速度為v（m/min），制動(dòng)時(shí)間為t，且認(rèn)為是勻減速制動(dòng)，則制動(dòng)距離SB為 （240） 當(dāng)t為未知值時(shí)，代人式（236）求得SB為 (241) 例25：圖218所示為一進(jìn)給工作臺(tái)。試求：1）此裝置換算至電動(dòng)機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。m）動(dòng)作后，希望工作臺(tái)停止在所要求的位置上。3）設(shè)工作臺(tái)導(dǎo)軌面摩擦系數(shù)=，此導(dǎo)軌面的滑動(dòng)摩擦考慮在內(nèi)時(shí)，工作臺(tái)的制動(dòng)距離變化多少?解 1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 該裝置回轉(zhuǎn)部分對(duì)軸0的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[J1]0為 圖218 進(jìn)給工作臺(tái)表21 例25的參數(shù)表裝置的直線運(yùn)動(dòng)部分對(duì)軸0的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[J2]0為 因此，與裝置的電機(jī)軸有關(guān)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2）停止距離 停止距離可由式（241）求出，式中n=0,v=0 。 三、機(jī)械系統(tǒng)的加速控制 在力學(xué)分析時(shí)，加速與減速的運(yùn)動(dòng)形態(tài)是相似的。此外，制動(dòng)控制時(shí)制動(dòng)力矩當(dāng)作常值，一般問(wèn)題不大，而在加速控制時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩并不一定是常值，所以加速控制的計(jì)算要復(fù)雜一些。 加速（起動(dòng)）時(shí)間 計(jì)算加速時(shí)間分為加速力矩為常值和加速力矩隨時(shí)間而變化的兩種情況。 （1）加速力矩為常值的情況 設(shè)[MA]i為控制軸的凈加速力矩（Nm），則[MA]i，可表示為 (242)在概略計(jì)算時(shí)可用機(jī)械效率來(lái)估算摩擦阻力矩，得 [MA]i=[MM]iML]/ （243)加速時(shí)間為 （244)式中 n0、n,——軸的初轉(zhuǎn)速與加速后的轉(zhuǎn)速(r／min)， （2）加速力矩隨時(shí)間而變化 為簡(jiǎn)化計(jì)算一般先求出平均加速力矩再計(jì)算加速時(shí)間。 設(shè)MM0為開始加速時(shí)的電機(jī)輸出力矩(Nm)；MLmax為加速時(shí)間內(nèi)最大負(fù)載力矩(含阻力矩)(Nm)。M‘Mm=MMmMLm電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩特性曲線可以從樣本上查到，也可用電流表測(cè)量電流來(lái)推定,當(dāng)電機(jī)電流一定時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)力矩與電流成正比，即 根據(jù)測(cè)得的電流值的變化就可推定起動(dòng)力矩—轉(zhuǎn)速(時(shí)間)的特性曲線。當(dāng)增速到轉(zhuǎn)速為n，速度為v時(shí)，求此時(shí)間內(nèi)控制軸總轉(zhuǎn)數(shù)nA，總回轉(zhuǎn)角和移動(dòng)距離sA。與制動(dòng)過(guò)程類似，加速過(guò)程中移動(dòng)距離sA（單位為m）為 或 （2—50）思考題2試述在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)模型建立的意義。為什么？2機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)降低效率，但是設(shè)計(jì)中要適當(dāng)選擇其參數(shù)，而不是越小越好。20 / 2