伺服系統(tǒng)技術(shù)-閱讀頁
2024-10-19 15:43本頁面
【正文】 JM ?? ?轉(zhuǎn)動慣量和角加速度越大，步進電機的啟動頻率越低，加減速性能越差，越容易失步。 5. 3 直流伺服電機驅(qū)動 一、直流伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng) 直流伺服電機類型 電勵磁：勵磁量容易調(diào)整，成本低，效率低 永久磁鐵：不需勵磁功率，效率高，性能好 驅(qū)動系統(tǒng)組成： 直流 伺服電機 轉(zhuǎn)速或位置反饋裝置 直流電源及驅(qū)動電路 接口電路 電樞控制原理： 控制電樞繞組中的電流大小和 方向，就可以控制電機的轉(zhuǎn)速 和方向，輸出一定的電磁轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)速的大小通過轉(zhuǎn)速傳感器 （編碼器）檢測并反饋。 5. 4 交流伺服電機驅(qū)動 一、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)組成 由伺服電機和伺服驅(qū)動器組成 ? 伺服電機 包括永磁同步電機、鼠籠式異步電機、無刷直流電機 ? 伺服驅(qū)動器 采用電流型脈寬調(diào)制（ PWM）三相逆變器、電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán) 的多環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng) 按照伺服電機類型將交流伺服系統(tǒng)分為兩大類： 異步型交流伺服系統(tǒng)（ IM） 同步型交流伺服系統(tǒng)（ SM） 正弦波電流驅(qū)動的永磁交流伺服系統(tǒng) 矩形波電流驅(qū)動的無刷直流伺服系統(tǒng) 二、異步交流伺服電機 轉(zhuǎn)速公式： )1(60 sfn p ??00nn ns ?? 其中： f為電源頻率 s為轉(zhuǎn)差率 p為極對數(shù) n0為同步轉(zhuǎn)速： 通常采取恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：即在調(diào)速時， 轉(zhuǎn)矩維持在 Tmax,氣隙磁通也在 max?fUCfEC ??m a x?f為加在定子繞組的電源頻率 E為定子繞組的電勢 C為常數(shù) 其中： U為電機的外加電壓 ? 控制方式 當負載轉(zhuǎn)矩一定時，通過調(diào)節(jié)控制電壓的大小或相位達到改變電機轉(zhuǎn)速的 目的，有三種方式： fn p600 ?? 幅值控制： 調(diào)節(jié)控制電壓幅值大小，改變轉(zhuǎn)速 ? 相位控制： 調(diào)節(jié)控制電壓的相位角，改變轉(zhuǎn)速 ? 幅值相位控制（電容控制）： 調(diào)節(jié)控制電壓時，相位角隨之改變，達到改變轉(zhuǎn)速目的 ? 工作特性 機械特性： 轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線 調(diào)節(jié)特性： 轉(zhuǎn)速和控制電壓的關(guān)系曲線 圖 3 交流電機的靜態(tài)特性 控制繞組 勵磁繞組 輸出特性 P=f(n)： 控制電壓不變時，輸出功率和轉(zhuǎn)速 的關(guān)系曲線，是有最大值的拋物線，當堵轉(zhuǎn)或空轉(zhuǎn)時，輸出功率為零， 輸出功率的最大值在 n=55%n空轉(zhuǎn)。 將直流同步電機的定子永磁勵磁改為永磁體轉(zhuǎn)子勵磁，直流電機的電樞電 流改為定子三相繞組正、負方波電流，帶有電子換相器，其控制方式與交 流伺服類似。 5. 3 伺服機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 一、系統(tǒng)方案確定 典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)、數(shù)控 x、 y工 作臺、機器人的關(guān)節(jié)移動等。 總之，要考慮負載能力、調(diào)速范圍、體積、成本等因素。 ? 傳動級數(shù)的分配原則： 傳動比逐級增加（或前小后大原則），使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。 計算傳動系統(tǒng)剛度 通過減速傳動比 i和絲杠導程 p的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。 機械校正： 提高機械裝置自身的精度，減少誤差，如消隙、減少等效轉(zhuǎn) 動慣量、提高傳動剛度、提高固有頻率等； 電子校正： ?反向死區(qū)補償： 利用反向死區(qū)補償電路調(diào)整撥碼開關(guān)進行補償，補償電路 電路具有自動判斷方向的改變，并在反向時發(fā)出補償命令的功能，補償脈 沖可以達到幾百個。 ?反饋補償誤差校正： 采用反饋補償型的開環(huán)控制系統(tǒng)減小系統(tǒng)的誤差，提高精度。 選擇伺服電機類型 交流伺服電機和直流伺服電機各有其有特點，根據(jù)系統(tǒng)要求確定，對于伺服 進給系統(tǒng)而言，要求伺服電機具有： ?調(diào)速范圍寬且穩(wěn)定，速比大，低速（ ）時 ,速度穩(wěn)定性仍好； ?負載特性硬（受負載沖擊，速度穩(wěn)定性好），過載能力強； ?響應(yīng)速度快，從零轉(zhuǎn)速到 1500r/min，時間在 ，角加速度達 400rad/s2 ?能夠頻繁啟動、制動、反轉(zhuǎn)、加減速等。 靜壓導軌： 滑動導軌： 滾動導軌： 確定系統(tǒng)增益 k 和機械傳動鏈的固有頻率 n?根據(jù)控制精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，一般取 k= 8— 15/s 由系統(tǒng)增益和導軌阻尼比，初步確定滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求所需的機械傳 動鏈固有頻率 為： n??? 2kn ??阻尼比 ?五、絲杠工作臺的簡化模型 設(shè)計伺服機械傳動系統(tǒng)并校驗 這一環(huán)節(jié)的計算與開環(huán)系統(tǒng)類似，主要包括： ?機械傳動方案選擇； ?初選絲杠直徑； ?計算總傳動比； ?計算等效轉(zhuǎn)動慣量，并驗算慣量匹配； ?計算傳動系統(tǒng)綜合拉壓剛度，并計算固有頻率，校驗是否滿足系統(tǒng)對 固有頻率的要求。 絲杠工作臺縱振（水平方向）系統(tǒng)可以簡化為下圖所示的動力學模型，即 彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)。 n? ?練習： 某開環(huán)數(shù)控車床的伺服進給系統(tǒng)，已知：工作臺質(zhì)量 m=300kg,導軌的摩 擦系數(shù) u=，最大軸向載荷 Fmax=500kgf；絲杠的導程 p=6mm,公稱直徑 d=45mm, 螺旋升角 ,摩擦系數(shù) ,絲杠總長度 L=，兩端最大支承 長度 l=，支承軸向剛度 ，絲杠螺母間的接觸剛度為 ；選定四相反應(yīng)式步進電機，其步距角 ，最大靜 轉(zhuǎn)矩 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 。 系統(tǒng)固有頻率 。 112 ?? ?? ?s?mNK B / 8??mNK N / 9?? ???mNTs ?? 10st ??p u lsemm /??m in/ a x mv ? mkgJ m ??? ?33 / mkg???n??
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