伺服驱动器原理及选型

1、YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 1 动作控制动作控制 伺服驱动器基础课程伺服驱动器基础课程 安川安川电机电机（上海）有限公司（上海）有限公司 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 2 伺服的基本概念基本概念 .1 .1 伺服的定伺服的定义义和和外观结构外观结构 .2 .2 伺服伺服驱动驱动的构成的构成 .3 .3 伺服的性能伺服的性能评评价价 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 3 1.1 1.1 伺服的定伺服的定义义和构成要素和构

2、成要素 伺服的定伺服的定义义 伺服的构成要素伺服的构成要素 伺服系伺服系统统-是使物体的位置、方位、状是使物体的位置、方位、状态态等等输输出被控量能出被控量能够够跟随跟随输输入目入目标标 值值 (或或给给定定值值)的任意的任意变变化的自化的自动动控制系控制系统统。 。 反反馈馈回路（半回路（半闭闭式）式） 目目标值标值 发发生装置生装置 伺服伺服驱动驱动机械机械 速度位置速度位置 输输出出 全全闭闭位置位置环环 检检出器出器 伺服伺服电电机机 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 4 1.1.1伺服的外伺服的外观结观结构和构和铭铭牌牌 YAS

3、KAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 5 整流部整流部逆逆变变部部 电电源部源部 控制部控制部电电流演算部流演算部 商用商用电电源源 指令信号指令信号 电电机机 编码编码器器 回転角度情報回転角度情報 反反馈馈 1.21.2 伺服的构成伺服的构成 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 6 1.2.11.2.1控制部的构成控制部的构成 速度速度 控制部控制部 编码编码器器 位置位置 反反馈馈 电电流反流反馈馈 电电流流 控制部控制部 位置位置 控制部控制部 位置位置速度速度变换变换 速度速度 反反馈

4、馈 速度速度环环 位置位置环环 电电流流环环 位置指令位置指令 电电机机 环环路是由位置控制部、速度控制部、路是由位置控制部、速度控制部、电电流控制部流控制部发发出的指令出的指令控制部控制部输输出出指令反指令反馈馈所形成的所形成的闭闭合回路。合回路。 电电流回路在伺服器内流回路在伺服器内闭闭合，位置回路、速度回路向伺服合，位置回路、速度回路向伺服驱动驱动外外输输出。出。 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 7 数字伺服的位置决定指令数字伺服的位置决定指令输输入信号是脉冲列。入信号是脉冲列。 位置决定量是脉冲数，位置决位置决定量是脉冲数，位置

5、决定速度是定速度是单单位位时间时间（秒）的脉冲量。（秒）的脉冲量。 （：（：） 输输入的脉冲量与反入的脉冲量与反馈馈的脉冲数量相一致的脉冲数量相一致时时，这这才完成了位置决定才完成了位置决定这这一构成。一构成。 在位置控制部中，因在位置控制部中，因为为有有输输入脉冲的加算、反入脉冲的加算、反馈馈脉冲的减算，所以有一个脉冲的减算，所以有一个计计数器。数器。 （也称偏差（也称偏差计计数器）数器） 1.2.21.2.2 位置控制部的构成位置控制部的构成 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 8 1.2.3 1.2.3 速度控制部的构成速度控制部的构

6、成 速度控制部的构成和速度控制部的构成和积积 分器的运作分器的运作 无无积积分器的分器的话话，必定有一个克服，必定有一个克服负负荷摩荷摩 擦的擦的转转矩，必然存在指令矩，必然存在指令值值与当前与当前值值的的 差，所以速度会达不到指令差，所以速度会达不到指令值值。 多早去追上指令，多早去追上指令，这这个个时间时间可通可通过过伺伺 服器内部的服器内部的时时参数来参数来设设定，定，这这个个值值依依 存于机械的存于机械的刚刚性。性。 时时参数参数请请参照后参照后页页 设设定方法、定方法、刚刚性等后述性等后述 象象这样这样比例控制（比例控制（ProportionalProportional） 和和积积分

7、控制（分控制（IntegralIntegral）的）的组组合合 就称就称为为PIPI控制。控制。 像始像始动时动时那那样样, ,尽可能使尽可能使应应答答迟缓迟缓减小的情减小的情 况况时时,PI-I,PI-I单纯单纯作作为为比例增幅器运作。在正比例增幅器运作。在正 常运行常运行时时, ,由于外乱由于外乱转转矩等矩等,PI-I,PI-I作作为积为积分分 器运作器运作. .可可对对速度偏差速度偏差进进行行积积分分, ,实实行修正行修正 控制控制. . YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 9 1.2.41.2.4 比例動作（動作） 将增益将增益调调

8、整到一个相当的量整到一个相当的量时时，比例，比例动动作增作增强强，应应答速度答速度变变快。快。 输输入偏差入偏差为为0 0时时，有，有连续连续的运作。的运作。 T=0 T=0 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 10 1.2.51.2.5 積分動作（動作） 偏差偏差变变小、小、负负荷荷动动作越困作越困难难 偏差微量存在，偏差微量存在，这这个量就称个量就称为为残留偏差（偏移）。残留偏差（偏移）。 即使是小偏差即使是小偏差, ,也可以也可以积积累成大的操作量。直到偏差成累成大的操作量。直到偏差成为为0 0， 负负荷才可以运作。荷才可以运作。 T

9、=0 T=0 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 11 -i（） 1.2.61.2.6 比例積分動作（動作） ：积积分分时间时间 =0 P P动动作与作与I I动动作并用。作并用。 越短，越短，动动作表作表现现越越强强。 T=0 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 12 有关有关电电流控制的性能流控制的性能评评价价 电电流流环环增益增益 有关速度控制的性能有关速度控制的性能评评价价 速度速度环环增益增益 过过渡渡应应答的速度答的速度环环增益增益 频率应答的环增益频率应答的环增益 速度速度

10、环积环积分分时时参数参数 有关位置控制的性能有关位置控制的性能评评价价 位置位置环环增益增益 位置决定整定位置决定整定时间时间 位置决定精度位置决定精度 1.31.3 伺服的性能伺服的性能评评价价 评评价伺服的价伺服的应应答性（指令答性（指令输输入后入后输输出的情况（出的情况（电电机如何机如何转动转动），使用回路增），使用回路增 益益这这个用个用语语。就是。就是GAINGAIN，获获得和利益的意思。是得和利益的意思。是输输入和入和输输出之比所解出之比所解 释释的技的技术术语术术语，现现在直接使用增益来表示。在直接使用增益来表示。 输输入入A A 输输出出B B 系系统统 增益增益B/AB/A

11、YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 13 1.3.11.3.1 有关有关电电流控制的性能流控制的性能评评价价 所所谓电谓电流控制的回路增益，就是由流控制的回路增益，就是由电电流控制部流控制部输输入入电电流指令，流指令， 电电流是怎流是怎样样流流动动的的应应答性。答性。 但是，但是，这这个个应应答性是不依存机械而存在的，回路在伺服内部，并且，答性是不依存机械而存在的，回路在伺服内部，并且， 这这个个应应答性可以充分地高，因此不能与机械相答性可以充分地高，因此不能与机械相调调整。整。 电电流控制部流控制部 电电流流输输出出应应答答 与与电电机的

12、机的应应答相比答相比 显显著地早著地早 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 14 1.3.21.3.2 有关速度控制的性能有关速度控制的性能评评价价 速度速度环环增益和速度增益和速度环积环积分分时时参数影响速度控制的性参数影响速度控制的性 能。能。 速度速度环环增益中又包括增益中又包括过过度度应应答的速度答的速度环环增益和增益和频频率率 应应答的速度答的速度环环增益。增益。 关于速度控关于速度控 制的性能制的性能评评 价价 A-1) A-1) 过过度度应应答的速度答的速度 环环增益增益 A-2) A-2) 频频率率应应答的速度答的速度 环环

13、增益增益 A) A) 速度回路增益速度回路增益 B)B)速度回路速度回路积积分分时时参数参数 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 15 过过度度应应答速度答速度环环增益增益 输输入入阶阶梯状的信号之后到梯状的信号之后到输输出指令出指令值值到达到达63.2%63.2%的的这这一段一段时间时间称称为为 时时参数，参数，这这个逆数称个逆数称为为速度速度环环增益。增益。 63.263.2 速度速度 100100 阶阶梯状的速度指令（梯状的速度指令（输输入）入） 实际实际的的电电机机应应答（答（输输出出） ） 速度速度环环增益增益 Kv Kv1 1T

14、 Tm m （単位（単位1 1） 时间时间（）（） 时时参数参数 T Tm m（）（） 1.3.2- A1.3.2- A） ） 速度速度环环增益增益 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 16 A-2） ） 所所谓谓的的频频率率应应答特性速度答特性速度环环增益增益 电电机回机回转转速度速度 伺服器伺服器 电电机机 速度指令速度指令输输入端子入端子 速度指令速度指令电压电压 电电机回机回转转速度速度 增益增益E Ei 位相遅位相遅 增益是增益是（ ） 的的频频率率 称称为这为这个个频频率的率的频频率特性率特性 是是 2 1.3.2- A1.3.

15、2- A） ） 速度速度环环增益增益 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 17 过过度度应应答性的速度答性的速度环环增益增益和和频频率率应应答性的速度答性的速度环环增益增益 的关系的关系 1.3.2- A1.3.2- A） ） 速度速度环环增益增益 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 18 速度速度环积环积分分时时参数能参数能对应对应机械机械刚刚性性进进行行设设定。定。 速度速度环积环积分分时时参数参数缩缩短，指令也一致短，指令也一致缩缩短短时间时间，如果不，如果不缩缩短，机械会短，机械

16、会发发生生 振振动动。 有必要有必要设设定适合的机械定适合的机械刚刚性。性。 時間時間 速度速度环环增益和增益和积积分分时时参数之参数之间间有一定的关系有一定的关系. . 即使即使设设定了最适的速度定了最适的速度环环增增 益益 速度速度 時間時間 积积分分时时参数参数设设定不良定不良时时 1.3.2 B） ） 速度速度环积环积分分时时参数参数 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 19 位置位置环环增益增益 位置位置环环增益就是增益就是进进行位置决定的行位置决定的时时候速度的候速度的应应答性。答性。 在数字伺服中，位置决定指令是以脉冲信号在数

17、字伺服中，位置决定指令是以脉冲信号输输入的。入的。 位置决定量就是脉冲量。位置决定速度就是位置决定量就是脉冲量。位置决定速度就是单单位位时间时间（S S）内通）内通过过的脉冲数的脉冲数 （：）（：）。 输输入的脉冲数和反入的脉冲数和反馈馈的脉冲数一致的脉冲数一致时时，才完成了位置决定，才完成了位置决定过过程。程。 在位置控制部，在位置控制部，输输入脉冲的加算，反入脉冲的加算，反馈馈脉冲的减算，脉冲的减算，设设置置计计数器数器 （也称偏差（也称偏差计计数器）。数器）。 1.3.31.3.3 位置位置环环增益增益 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beau

18、ty 20 速度指令 大 回転。 位置决定位置决定动动作的作的实实例例 指令指令单单位在的距离中位在的距离中 以以进进行位置决定。行位置决定。 位置决定脉冲数：，位置决定脉冲数：， 位置决定速度：，位置决定速度：， 1.3.31.3.3 位置位置环环增益增益（続）（続） YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 21 用用户户参数参数 目目标标: :在学在学习习伺服系伺服系统统在机械在机械电电机方面的安装机方面的安装时时，首先首先要学要学习习 如何调节如何调节用用户户参数。参数。 它是位置控制它是位置控制与与电电气之气之间间的一个界面，它包含了的

19、一个界面，它包含了电电机机 与与编码编码器的工作。其他的自器的工作。其他的自动动控制机器的控制机器的连续连续性和互性和互 锁锁性。性。 2.1 2.1 用用户户参数的定参数的定义义和安装和安装 2.2 2.2 用用户户参数参数实实例例 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 22 2.1 用用户户参数的定参数的定义义和安装和安装 用用户户参数有两个参数有两个类类型。型。 选择选择型型 由由1616个个环节环节4 4行行组组成。成。 根据各行的根据各行的设设定，定，选择选择机能。机能。 调调整型整型 设设定数定数值值。 用用户户参数可通参数可通过

20、过WIN+WIN+软软件，数字操作器，面板操作器件，数字操作器，面板操作器设设定。定。 2 - 2 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 23 2.2 用用户户参数概要参数概要 选择选择型型 (Pn-000 (Pn-000 003 003等等) ) 控制模式控制模式选择选择 ( (位置位置, ,速度速度, , 转转矩控制矩控制) ) 机能使用、不使用机能使用、不使用设设定定 报报警警时时的伺服运作的伺服运作选择选择 电电机回机回转转方向的方向的设设定定 I/OI/O信号的开断信号的开断 （使用）不使用（常時（使用）不使用（常時ONON、OFF

21、OFF） 调调整型整型(Pn100(Pn100等等) ) 各种增益各种增益 位置决定位置决定单单位、速度、及位、速度、及转转矩指令矩指令 信号信号 点点动动速度速度 有关有关转转矩速度的参数矩速度的参数 连续连续参数参数 以下是以下是SGDM(SGDH)伺服用的伺服用的 二个二个类类型的参数。型的参数。 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 24 2.2.1 选择选择型用型用户户参数的代表例参数的代表例 分分 類類設設 定定 値値 説説 明明 电电机机 电电机回机回转转方向方向设设定定 Pn000的的0位位 0以及以及 0:0:正正转转 1:

22、1:逆逆转转 控制模式控制模式选择选择 Pn000的的1位位 0B 0:0:速度控制速度控制 1: 1:位置控制位置控制 2: 2:转转矩控制矩控制 3:3:内部内部设设定速度定速度选择选择 等等 伺服伺服OFFOFF时时及及报报 警警发发生生时时的停止的停止 法法 Pn001的的0位位 0 1以及以及2 0:0:以以动态动态制制动动（DBDB）停止）停止 1:1:以以DBDB停止、在停止、在这这之后之后DBDB解除解除 2: 2:自由运行状自由运行状态态停止停止 超程超程时时停止停止选择选择 Pn001的的1位位 0以及以及2 0:0:自由运行停止：减速停止后伺服振自由运行停止：减速停止后伺

23、服振动动 2:2:减速停止后自由运行状减速停止后自由运行状态态 AC/DCAC/DC电电源源输输入入 选择选择 Pn001的的2位位 0以及以及 0: AC0: AC电电源源输输入入 1: DC1: DC电电源源输输入入 警警报报代代码输码输出出 Pn001的的3位位 0以及以及 0:0:只在端子只在端子AOL1,AOL2,AOL3AOL1,AOL2,AOL3输输出警告代出警告代码码 1:1:故障代故障代码码、警告代、警告代码码两方面两方面输输出出 Pn000 Pn001 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 25 分分 類類 参数参数名名

24、称称 出厂出厂设设定定 增益关系增益关系 Pn100 Pn101 Pn102 Pn103 Pn104 Pn105 Pn106 速度速度环环增益增益 速度速度环积环积分分时时参数参数 位置位置环环参数参数 惯惯性力矩比性力矩比 第第2 2速度速度环环增益增益 第第2 2速度速度环积环积分分时时参数参数 第第2 2速度速度环环增益增益 40 2000 40 0 40 2000 40 单单位位 HZ 0.01ms s HZ 0.01ms 2.2.2 用用户户参数（参数（调调整型）代表例整型）代表例 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 26 伺服增

25、益的伺服增益的调调整整 3.1 3.1 增益的特性确增益的特性确认认 3.2 3.2 在在线线自自动动运行运行 3.33.3 手手动动运行运行 目目标标：伺服增益特性的增益。：伺服增益特性的增益。 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 27 3.1 增益特性确增益特性确认认1 Kv=120,Kp=80Kv=120,Kp=120 位置位置环环增益的增益的变变更更整定整定时间变时间变化化COIN信号使用信号使用 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 28 3.1 增益特性确增益特性确认认 2 速

26、度速度环积环积分分时时参数超程的影响参数超程的影响 Kv=120Hz,Ti=8.0msKv=120Hz,Ti=2.0ms 超程小、位置决定超程小、位置决定迟缓迟缓超程大、位置决定快速超程大、位置决定快速 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 29 位置决定量：位置决定量： 10转转 位置决定速度：位置决定速度： 3000 min-1 只上升只上升Kp,应应答答变变快快, 观观察速度察速度带带来的振来的振动动。 。 Kv=40,Kp=100, JL/JM=460% Kv=160,Kp=100, JL/JM=460% Kv=40,Kp=40, J

27、L/JM=460% 3.1 增益特性确增益特性确认认 3 和的平衡和的平衡 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 30 1)1)在在线线自自动动运行运行 在伺服的运行中在伺服的运行中测测定定负负荷荷惯惯性的最大性的最大值值, , 一定地保持以速度一定地保持以速度环环增益增益 或位置或位置环环增益增益为为目目标标的机能。的机能。 ) ) 自自动动运行下的自运行下的自动设动设定增益定增益 速度速度环环增益增益 Kv Kv （Pn100Pn100） 速度速度环积环积分分时时参数参数Ti Ti （Pn101Pn101） 位置位置环环增益增益 Kp K

28、p （Pn102Pn102） 转转矩指令矩指令滤滤波器波器时时参数参数 （Pn401Pn401） 设定机械刚性 以最初设定运转 运作 运作 手动调整 保存结果 变动 设定常时自动运行 运作 3.2 在在线线自自动动运行运行 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 31 3.3 手手动动运行运行 在手在手动动运行不能运行不能满满足足应应答特性的情况、答特性的情况、还还可通可通过过提前运行、分提前运行、分别别地地对对增益增益 一个一个地一个一个地进进行运行行运行。 。 模模拟拟指令增益的指令增益的调调整整 指令指令电压电压偏移最小化偏移最小化 速度

29、速度环环增益的增益的调调整整 积积分分时时参数的参数的调调整整 位置位置环环增益的增益的调调整整 位置关系提前运行机能的位置关系提前运行机能的调调整整 仅仅位置控制的位置控制的时时候候 根据上位控制的指令根据上位控制的指令输输出，出，进进行增益的行增益的调调整。整。 来自上位控制的指令来自上位控制的指令输输出出为为0 0的的时时候，候，电电机完全停止，机完全停止， 调调整偏置。整偏置。 即使手即使手动动运行运行还还不能不能满满足足应应答特性的情况答特性的情况, ,提前运行提前运行 机能可适用机能可适用, ,进进行行调调整。整。 积积分分时时参数参数长长，位置，位置环环增益小。增益小。为为了得到

30、最适了得到最适应应答性，答性，调调 整速度整速度环环增益。增益。 直到无机械振直到无机械振动动, ,将将积积分分时时参数参数进进行行缩缩短短调调整。整。 直到无机械振直到无机械振动动, ,将位置将位置环环增益增益进进行行扩扩大大调调整。整。 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 32 根据不同的增益根据不同的增益, ,学学习习如何改如何改变应变应答特性答特性。 。 Kv=40HZ Ti=20ms Tf=1msKv=40HZ Ti=20ms Tf=1ms Kv=85HZ Ti=10ms Tf=0.5msKv=85HZ Ti=10ms Tf=0.

31、5ms Kv=160HZ Ti=6ms Tf=0.21msKv=160HZ Ti=6ms Tf=0.21ms 由始由始动动开始到达指令开始到达指令值值指指 时间为时间为 8 8 同同 5 5 同同 3.73.7 3.3 手手动动运行运行 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 33 电机的机种和容量的选定 4.14.1 选选定公式的定公式的导导入入4.24.2 为选为选定而定而讨论讨论的的项项目目 选选定定讲习讲习 4.34.3 4.44.4 样样本本读读取的方法取的方法 再生再生讨论讨论4.54.5 目目标标： ： 学学习习伺服伺服电电机机(

32、 (机种和容量机种和容量) )选选型公式的要点。型公式的要点。 并且根据向本社用并且根据向本社用户户提供的提供的电电机机选选型型软软件件, ,进进行行 选选型型讲习讲习和再生和再生讨论讨论. . YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 34 40004000 30003000 10001000 20002000 24680 转转矩矩 (Nm) 速度速度 (min-1) 瞬瞬时时最大最大转转矩矩（瞬（瞬时时究竟是多少秒？究竟是多少秒？ 参照下参照下页页的符的符负负荷特性）荷特性） 连续连续使用最大使用最大转转矩矩 连续连续使用区域使用区域 反复使

33、用区域反复使用区域 RMSRMS转转矩在矩在连续连续使用范使用范围围内的内的话话、在、在过负过负荷特性容荷特性容 许时许时也可以使用也可以使用（关于（关于实实效效值值以后叙述）以后叙述） 安全使用区域安全使用区域 RMSRMS转转矩必矩必须须在在这这个区域里个区域里 额额定回定回转转速度速度（以（以额额定速度运行的定速度运行的电电机机 回回转转速度）速度） SGMAH-08A 失速失速转转矩矩 速度速度为为0 0时时的的转转矩矩 50005000 4.14.1 样样本的本的读读取取 1 1 A) 转转矩矩-回回转转速度特性速度特性 YASKAWA Quality and BeautyQuali

34、ty and Beauty 35 B) 过负过负荷特性荷特性 通電時間通電時間 (s) (s) 10001000 100100 5 5 3 3 1 1 0.70.7 1 13 32 2 电电机机额额定定电电流流 (%)(%) 样样本的本的读读取取 2 2 热热启启动动 冷启冷启动动 热热启启动动： 电电机在机在热饱热饱和状和状态态使用的情况使用的情况 冷启冷启动动： 电电机在充分冷却机在充分冷却时时运作的情况运作的情况 额额定的多少倍（）的定的多少倍（）的电电 流、流、经过经过几秒流几秒流过过。 见见右右图图、冷启、冷启动动、 2 2倍的倍的额额定定电电流在秒中流流在秒中流过过 读读取情况取情

35、况还还是相当良好是相当良好。 。 4.14.1 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 36 4.1 伺服选型原则及步骤 一、伺服选型原则 力矩:负载力矩额定力矩;加速力矩最大力矩; 转动惯量比:负载侧转动惯量与电机转子转动惯量比要在电 机允许范围内 转速:设计转速电机最大转速 控制方法:模拟量控制、脉冲控制或通信控制 安装尺寸:应考虑电机法兰面、轴径、整体尺寸 制动器：电机是否需要带制动器(根据机械结构） 使用环境：电机是否要加油封（是否有油水） 再生能量：再生能力是否过大，需加外置再生电阻 YASKAWA Quality and Beaut

36、yQuality and Beauty 37 4.2 选型公式的导入1 工作台：工作台： 质质量量 （）（） 移移动动速度速度 （）（） 电电机机 连轴连轴器以及器以及 减速机（减速机（減速比減速比） ） N M （in- ） ） 机械效率机械效率 推力推力 ：（）：（） 下注下注 摩擦系数摩擦系数 滚滚珠珠丝丝杠：杠： 长长度度 （）（） 导导程程 （）（） 直径直径 （）（） 密度密度 （ ） ） B L P v N B LM P vR NRN 得得 根据根据 和和 的关系的关系 （）（） 由由 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 38

37、 工作台：工作台： 质质量量 （）（） 移移动动速度速度 （）（） 电电机机 连轴连轴器以及减速机器以及减速机 （ （減速比減速比） ） N M （in- ） ） 机械效率机械效率 推力推力 ：（）：（） 下注下注 摩擦系数摩擦系数 滚滚珠珠丝丝杠：杠： 长长度度 （）（） 导导程程 （）（） 直径直径 （）（） 密度密度 （ ） ） 电电机（回机（回转转速度：速度：N N （ （minmin- - ） ）输输出的出的 倍就成倍就成为为工作台运行的工作台运行的动动力。力。 这这个个时时候候电电机机转转矩矩T T 60 )8.9( 60 2v FmNT ML M L N v FmT 2 )8.9

38、( 得得 另另 B LM P vR NRN 如果有如果有 那么下式也成立。那么下式也成立。 R P FmT B L 2 )8.9( 注：注： 所所谓谓推力，就是金属加工推力，就是金属加工时时与切削力反作与切削力反作 用的力，它是外力施与工作台的一个很重要的用的力，它是外力施与工作台的一个很重要的 力。只是工作台移力。只是工作台移动动的情况的情况时时F=0F=0。 R P N v B M 4.2 选型公式的导入2 （）（） （）（） 由由 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 39 电电机（回机（回转转速度：速度：N （ （min- ）考 ）考

39、虑虑到到回回转转运运动动能能可可换换算改算改变变 成成直直线线运运动动能能、 、电电机机轴换轴换算工作台算工作台惯惯性力矩性力矩J J （ （kg kg ）可由）可由 下式下式导导出出 。 。 得得 22 1 ) 60 ( 2 1 ) 60 2 ( 2 1v mNJ ML 2 1 ) 2 ( M L N v mJ 以及以及 2 1 ) 2 ( R P mJ B L 4.2 选定公式导入3 （）（） （）（） 由由 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 40 （）（）滚轴丝滚轴丝杠的杠的惯惯性力矩性力矩J J 与 与质质量量 知 知晓晓的的话话

40、，就，就导导出下式。出下式。 4 22 32 1 ) 2 1 () 2 1 ( 2 1 BBBBBB DLLDDJ 2 2 8 1 ) 2 1 ( 2 1 BBBBB DMDMJ （）（） 质质量量 不知不知晓晓的的话话，明白，明白材质材质的密度就可的密度就可导导出下式。出下式。 体体积积 4.2 选型公式导入4 （）（） （）（） YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 41 电电机（回転速度：机（回転速度：N N （ （minmin- - ）的回 ）的回转转能量可以看作能量可以看作滚轴丝滚轴丝杠的回杠的回转转能量、能量、电电机机 轴换轴换算

41、的算的滚轴丝滚轴丝杠的杠的惯惯性力矩性力矩J J 3 3 （ （kgkg ）可由下式 ）可由下式导导出。出。 22 3 ) 60 2 ( 2 1 ) 60 2 ( 2 1 lBML NJNJ 2 3 )( M l BL N N JJ 另另 LM NRN的的话话，可得，可得 BL J R J 2 3 ) 1 ( （）（）滚轴丝滚轴丝杠的杠的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩 根据根据 电电机机轴换轴换算全算全负负荷荷惯惯性力矩性力矩 连轴连轴器以及减速机的器以及减速机的惯惯性力矩性力矩、 、 321LLLL JJJJ 注：一般来注：一般来说说，由，由电电机机轴轴来看减速机的来看减速机的惯惯性力

42、矩是减速机厂家定好的。性力矩是减速机厂家定好的。 不能不能给给与与连轴连轴器的器的惯惯性力矩的，就用性力矩的，就用质质量、直径以及材質密度量、直径以及材質密度 直径以及厚薄，利用公式算出直径以及厚薄，利用公式算出滚轴丝滚轴丝杠的杠的惯惯性力矩。性力矩。 4.2 選定公式導入5 得到得到 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 42 给给与机械所要求的始与机械所要求的始动时间动时间、制、制动时间动时间，但究竟，但究竟 要要给给多少的始多少的始动转动转矩、制矩、制动转动转矩，由下式可以求矩，由下式可以求 得得。 N NM M 始動時間始動時間 t

43、ta a 回転速度回転速度minmin-1 -1 時間時間 角加速度角加速度 （ （/）N Nt ta a 始動時間始動時間 t t 始動（始動（Tp（ （N） 根据回根据回转转运运动动的基本公式的基本公式 T=JT=J 、 、 电电机的机的惯惯性力矩性力矩J JM M、电电机机轴换轴换算的算的 全全负负荷荷惯惯性力矩性力矩J JL L、所要始、所要始动转动转矩矩 T T 、 、电电机机轴换轴换算算负负荷荷转转矩矩T TL L （T T T TL L）是）是对对加速有益的加速有益的转转矩矩 下式成立。下式成立。 得得 a LMM Lp t JJN TT )( ) 60 2 ( L a LMM

44、p T t JJN T )( ) 60 2 ( 4.2 选型公式的导入6 （）（） 由由 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 43 制制动时动时, ,负负荷荷转转矩有下式的关系成矩有下式的关系成 立立。 。 制制动转动转矩（矩（T （ （N） 注注 ： ： 这这个式子的成立条件个式子的成立条件,电电机机产产生的生的转转矩矩(电电流流)饱饱和并且和并且电电机回机回转转速度接近速度接近额额定速度。定速度。 回回转转速度低的速度低的时时候的始候的始动时间动时间随着随着应应答性是由增益决定的答性是由增益决定的. . 得得 a LMM Lp t JJ

45、N TT )( ) 60 2 ( L a LMM p T t JJN T )( ) 60 2 ( N NM M 始始动时间动时间 t ta a 回回转转速度速度minmin-1 -1 時間時間 角加速度角加速度 （ （/）N Nt ta a 制制动时间动时间t t 4.2 选定公式导入7 （）（） 由由 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 44 4. 3 4. 3 为选为选定所定所讨论讨论的的项项目目 实实效效值值 这这个个电电流流 称称为为 电电流流 i i1 1(t (t1 1） ）i i 2 2(t (t 2 2 ) ) i i 3

46、3 (t (t 3 3) )的的 实实效效值值。 。1 1 电电阻阻RR 1 1 （ （t t1 1+t+t2 2+t+t3 3+t+t4 4） ） 3 3 4 4t t i i1 1 -i -i3 3 电电阻阻R R的的电电流器如下流器如下图图与与电电流流流流过时过时的的发热发热量相同量相同, ,直流直流电电I I与与发热发热量量Q Q的关系的关系: : Q Q （ ） ） t tititi I 3 2 32 2 21 2 1 在伺服器的情况下在伺服器的情况下, ,转转矩与矩与电电流成正比关系流成正比关系, ,转转矩的矩的实实效效值值与与电电流流实实效效值计值计算方法相同算方法相同, ,这这

47、个个值值 在在额额定定转转矩以下的矩以下的话话, ,电电机就会机就会产产生生热热量。量。 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 45 4.4 选定讲习 工作台：工作台： 质质量量 （）（） 移移动动速度速度 （）（） 电电机机 连轴连轴器以及器以及 减速机（减速机（減速比減速比） ） N M （in- ） ） 机械效率机械效率 推力推力 ：（）：（） 摩擦系数摩擦系数 滚滚珠珠丝丝杠：杠： 长长度度 （）（） 导导程程 （）（） 直径直径 （）（） 密度密度 （ ） ） 根据左根据左图图的机械例的机械例, ,想定具体的想定具体的值值, ,进进

48、行行电电 机机选选定的定的讲习讲习。 工作台工作台质质量量 m m ： 5050（kgkg） 工作台移工作台移动动所要求的推力所要求的推力 F F ： 2 2（）（） 工作台台面的摩擦系数工作台台面的摩擦系数 ： 0.2 0.2 机械效率机械效率 ： 0.9 0.9 工作台移工作台移动动速度速度 ： 12 12（m/minm/min） 滚轴丝滚轴丝杠杠导导程程 P PB B： 6 6（mmmm） 滚轴丝滚轴丝杠杠长长度度 L LB B： （m m） 滚轴丝滚轴丝杠直径杠直径 D DB B： 2525（mmmm） 滚轴丝滚轴丝杠材杠材质质密度密度 ： 7.87 7.87（ ） ） 减速比减速比

49、/R /R ： 1/2 1/2 （滚轴丝滚轴丝杠回杠回转转速度速度电电机回机回转转速度）速度） 连轴连轴器以及器以及 L L ： ：0.450.45（kgkg cmcm ） ） 减速机减速机惯惯性力矩性力矩 1 1转转所行走的距离所行走的距离 L L：0 0（mmmm） 转转所需要的所需要的时间时间 ： 1.0 1.0（）（） 位置决定位置决定时间时间 ： ：0.30.3（）（） 停止停止时间时间 ： ： 0.70.7（）（） YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 46 (a) (a) 速度速度线图线图 4.4 选定讲习 回回转转速度速度mi

50、nmin-1 -1 始始动时间动时间t ta a 时间时间 制制动时间动时间t t 位置决定位置决定时间时间t t 0.30.3 休止休止时间时间 t te e0.70.7 下一个回下一个回转转 正常运行速度正常运行速度 运行距离运行距离 N NM M 机械性能如下机械性能如下图图速度曲速度曲线线所示。所示。 (b) (b) 电电机所要的回机所要的回转转速度速度N NM M（minmin-1 -1） ） 1 min4000 006. 0 212 M N 电电机的回机的回转转速度在速度在4,000min4,000min-1 -1、就 、就应该选择应该选择最高回転最高回転 速度在速度在4,000m

51、in4,000min-1 -1以上的机种。 以上的机种。 这这里里选择选择的是系列。的是系列。 或者使用超或者使用超过额过额定速度、定速度、连续转连续转矩比矩比额额定定转转矩小的矩小的电电机。机。 根据（）式根据（）式 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 47 (c) (c) 正常运行正常运行转转矩矩L L（N N m m） 利用工作台的利用工作台的电电机机轴换轴换算算负负荷荷转转矩矩L L（）式求得。（）式求得。 )(053.0 9 .0400014.32 12)2502 .08 .9( 2 )8 .9( mN N vFm T M L 即

52、使是使用（）式即使是使用（）式, ,结结果相同。果相同。 )(053. 0 9 . 0214. 32 006. 0)2502 . 08 . 9( 2 )8 . 9( mN R pFW TL 4.4 选型讲习 YASKAWA Quality and BeautyQuality and Beauty 48 （ （d d） ） 电电机机轴换轴换算全算全负负荷荷惯惯性力矩性力矩J JL L（g g m m2 2） （ （d） 工作台的工作台的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩 J JL1 L1 工作台的工作台的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩L L （）以及（）式求得。 （）以及（）式求得。 )

53、(10114.0) 214.32 006.0 (50) 2 ( 2422 1 mKg R P MJ B L （d d） 滚轴丝滚轴丝杠的杠的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩 J JL L （ （d）电电机机轴换轴换算全算全负负荷荷惯惯性例矩性例矩J JL L（g g m m2 2） ） 就此例就此例, ,滚滚珠珠丝丝杠的杠的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩L L 由（）、（）式求得。由（）、（）式求得。 432 4 2 3 )025.0(11087.714.3 32 1 ) 2 1 ( 32 1 ) 1 ( BBL DL R J )(10754.0 24 mkg )(10)754.045.0114.0( 24 321 mkgJJJJ LLLL )(1032.1 24 mkg 由此由此值值, ,为为了使了使惯惯性力矩比不超性力矩比不超过过3030倍倍, ,假假设选设选定定为为 200W200W。 。 4.4 选型讲习 YASKAWA