伺服系统的动力方法设计

伺服系统的动力方法设计伺服系统的设计包括：伺服系统的动力方法设计-静态设计伺服电机型号和电机机械系统参数相互匹配。控制理论方法设计-控制器参数和动态性能指标一、惯量匹配：（一）.等效负载惯量JL的计算1.驱动回转体的转动惯量：回转运动的动能：根据能量守恒:推广到对多轴系统：2.直线运动物体的等效转动惯量：以丝杠螺母带动工作台为例：直线运动工作台的动能：将此能量转换成电机轴回转运动的能量，根据能量守恒，推广到对一般系统：3.回转和直线联动装置的等效转动惯量：（二）.惯量匹配原则1.步进电机的惯量匹配条件：带惯性负载时的最大启动频率：2.交、直流伺服电机的惯量匹配原则：对于采用惯量较小的直流伺服电机的伺服系统对于采用大惯量直流伺服电机的伺服系统二、容量匹配：（一）.等效转矩的计算1.等效负载转矩[TL]的计算根据能量守恒原理：有些机械装置中有负载作用的轴不止一个，此时2.等效摩擦转矩[Tf]的计算由于机械装置大部分损失的功率是克服摩擦力做功，所以等效摩擦力矩根据机械效率做近似估算：3.等效惯性力矩[Ta]的计算电机在变速时，需要一定的加速力矩。（二）.伺服电机容量匹配原则1.步进电机的容量匹配2.交直流伺服电机的容量匹配：直流伺服电机的转矩-速度特性曲线分成连续工作区、断续工作区、加减速工作区，三个区用途不同，电机转矩的选择方法也不一样。工程上常根据电机发热条件的等效原则，将重复短时工作制等效于连续工作制的电机来选择。三、速度匹配同样功率的电机，额定转速高则电机尺寸小，重量轻；电机转速越高，传动比就会越大，这对于减小伺服电机等效转动惯量，提高电机负载能力有利。因此电机常工作在高转速低扭矩状态。但是机械装置工作在低转速高扭矩状态，所以要在伺服电机和机械装置之间需要减速器匹配。应该在对负载分析的基础上，合理选择减速器的减速比。四、伺服电机选择实例：（一）步进电机选择实例工作台（拖板）重量W=2000N，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.06，车削是最大切削负载FZ=2150N，y向切削分力Fy=2FZ=4300N（垂直于导轨），要求刀具切削使得进给速度v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=3000mm/min，滚珠丝杠名义直径d0=32mm，导程tsp=6mm，丝杠总长l=1400mm，拖板最大行程为1150mm，定位精度±0.01mm，试选择合适的步进电机。图4.18步进电机带动工作台1.脉冲当量的选择：初选三相步进电机的步距角为0.75°/1.5°，当三相六拍运行时，步距角θ=0.75°，其每转脉冲数S=360°/θ=480。初选脉冲当量δ=0.01mm，根据脉冲当量的定义，可得中间齿轮传动比i为选小齿轮齿数Z1=20，Z2=25。模数m=22.等效负载转矩的计算（1）空载时的等效摩擦转矩Tf（2）车削加工时的等效负载转矩TL3.等效转动惯量（1）滚珠丝杠的转动惯量Jsp（2）拖板运动惯量换算到电机轴上的转动惯量JW（3）大齿轮的转动惯量Jg2（4）小齿轮的转动惯量Jg14.初选电机型号已知TL=241.4（N.cm），JL=7.76（N.cm.s2），初选电机型号为110BF003，其最大静转矩Tmax=800，转子惯量Jm=4.7（N.cm.s2）由此可得满足惯量匹配和容量匹配的条件5.速度验算（1）快进速度验算查步进电机运行矩频曲线得当fmax=6000HZ时，电机转矩Tm=90（Ncm）Tf=11.46,可按此频率计算最大进给速度v2（2）工进速度的验算综上所述，可选择此型号的电机（二）直流伺服电机选择实例线位移脉冲当量δ=0.01mm，最大进给速度v2=6000mm/min，加速时间0.2s，移动体重量W=2000N，移动速度6m/min，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.065，电机直接驱动丝杠。丝杠外径55mm，试选择合适的直流伺服电机。图4.19直流伺服电机带动工作台1.根据脉冲当量确定丝杠导程和齿轮传动比：已知δ和编码器分辨率，可知步距角换算到电机轴上2.所需电机转速的计算编码器轴上转速3.等效负载转矩的计算预紧力F2=F1/3=433.33（N）4.等效转动惯量的计算移动体传动体5.初选电机型号已知TL=200.45（N.cm），JL=245（kg.cm2），初选电机型号为CN-800-10，其最大静转矩TR=830（N.cm），转子惯量Jm=91（kg.cm2）由此可得6.计算电机所需转矩Tm