第十章伺服系统设计2ppt课件

1、四、开环伺服机械系统设计计算四、开环伺服机械系统设计计算根据系统精度要求确定，对于开环伺服系统，普通取 =0.005-0.01mm/pulse 初选步进电机指：选择步进电机的类型和步矩角混合式：兼以上二者优点，但价钱高反响式： 小、f 高、价钱低，功耗大永磁式： 大、f 低，功耗小，断电后仍有制动力矩按产品样本中给出的主要技术参数选用传动比公式：360pi 计算出的传动比较小时，采用一级齿轮传动或同步带传动传动比较大时，采用多级齿轮传动齿轮传动级数添加时，使齿隙和静摩擦添加，传动效率降低，故传动级数普通不超越3级。 传动级数的分配原那么：传动比逐级添加或前小后大原那么，使输出轴转角误差最小。J

2、J23i电动机1J4i12J2221421321iiJiJJJJme413132dgBJJ42232dgBJ44432dgBJ4141212iddJJ41424344141434)/(iiiddddJJJJ 4112iJJ4114214)/( iiJiJJ)11 (41221211iiiiJJme01iJem21412iiniiii321max)/(1maxnkknkikkni圆柱体转动惯量计算公式：圆柱体转动惯量计算公式：324ldJ22)2(1(21pJJiJJJMszzmdipFipFipFJJTTTTTdmFfm2)122)(2(00max5 . 03 . 0maxmsTT根据启动频率

3、特性曲线：Tq 对应的 fqmax ，实践运转的fq fqmax根据运转频率特性曲线：TL 对应的 fmax ，实践运转的f fmax电机轴上的总等效转动惯量与电机轴本身的转动惯量应控制在：小惯量电机Jm=0.00005kgm2大惯量电机Jm=0.1-0.6kgm2 141mdJJ31mdJJ比值太大，系统动特性受负载变化干扰；比值太小，不经济，大马拉小车。经过减速传动比i和丝杠导程p的合理搭配，使惯量匹配趋于合理。传动系统的力学模型可以简化成如以下图所示的弹簧质量系统传动系统的力学模型可以简化成如以下图所示的弹簧质量系统图示图示 丝杠副传动系统的力学模型丝杠副传动系统的力学模型m2KBKCm

4、inKBRKNKNR传动系统的传动刚度为：传动系统的传动刚度为：NRNCBRBKKKKKK1111211minmin此公式计算的主要是拉压刚度，而丝杠本身的改动刚度比拉压刚度大的此公式计算的主要是拉压刚度，而丝杠本身的改动刚度比拉压刚度大的多，普通不予思索多，普通不予思索)/(324radmNlGdKTG为切变摸量死区误差又称之为失动量，指启动或反向时，系统的输入与输出死区误差又称之为失动量，指启动或反向时，系统的输入与输出运动间的差值运动间的差值产生死区误差的缘由产生死区误差的缘由电气系统和执行元件的启动死区不灵敏区传动机构中的间隙导轨副间的摩擦力由综合拉压刚度而产生的死区误差：由综合拉压刚

5、度而产生的死区误差：min0KFF为轴向负载力由于传动刚度变化引起定位误差为：由于传动刚度变化引起定位误差为：)11(max0min0KKFk对于开环系统对于开环系统)5131(k为系统允许的定位精度固有频率的计算公式为：固有频率的计算公式为：mKnminm m 是任务台质量或是任务台质量或2131mmm任务台丝杠五、开环伺服机械系统误差分析五、开环伺服机械系统误差分析51 1、机械校正：提高机械安装本身的精度，减少误差，如消隙、减少等效转、机械校正：提高机械安装本身的精度，减少误差，如消隙、减少等效转动惯量、提高传动刚度、提高固有频率等；动惯量、提高传动刚度、提高固有频率等；2、电子校正：、

6、电子校正：反向死区补偿：反向死区补偿： 利用反向死区补偿电路调整拨码开关进展补偿，补偿电路利用反向死区补偿电路调整拨码开关进展补偿，补偿电路12341233 4 5 6 712345678丝杠侧螺母A 螺母B调整垫片预拉方向预拉方向预紧方向垫片预紧方向丝杠侧螺母侧丝杠侧螺母侧承载滚珠间隔钢球导程导程+导程丝杠侧螺母侧预拉方向预拉方向电路具有自动判别方向的改动，并在反向时发出补偿命令的功能，补偿脉电路具有自动判别方向的改动，并在反向时发出补偿命令的功能，补偿脉冲可以到达几百个。冲可以到达几百个。例例: 丈量得到的反向死区误差为丈量得到的反向死区误差为0.016mm，系统的脉冲当量为，系统的脉冲当

7、量为0.005mm/pulse,试问拨码开关应预置到哪一档才干实现死区的补偿？试问拨码开关应预置到哪一档才干实现死区的补偿？数字仿真误差校正：数字仿真误差校正： 预先将误差的数学模型输入计算机，计算机一边输预先将误差的数学模型输入计算机，计算机一边输出任务指令，一方面计算误差，输出校正指令，构成附加运动，用以校正出任务指令，一方面计算误差，输出校正指令，构成附加运动，用以校正位移误差。位移误差。反响补偿误差校正：反响补偿误差校正： 采用反响补偿型的开环控制系统减小系统的误差，采用反响补偿型的开环控制系统减小系统的误差，提高精度。提高精度。拨码开关应预置到拨码开关应预置到3 3档，消除误差为档，

8、消除误差为 3 3* *0.005=0.015mm0.005=0.015mm反响补偿型的开环控制系统原理如下：反响补偿型的开环控制系统原理如下：步进步进电机电机M驱动器驱动器指令指令脉冲脉冲混合器混合器脉冲脉冲补偿补偿感应同步器感应同步器测试器测试器e=se=s机机-s-s电电补偿脉冲补偿脉冲六、闭环伺服机械系统设计计算六、闭环伺服机械系统设计计算采用步进细分电路校正误差：采用步进细分电路校正误差： 本质上是减小了步进电机的步距角即角脉本质上是减小了步进电机的步距角即角脉冲当量，使转子到达新稳定点时的动能减小，振动减小，精度提高，特别冲当量，使转子到达新稳定点时的动能减小，振动减小，精度提高，

9、特别是提高了低速时的平滑性。是提高了低速时的平滑性。交流伺服电机和直流伺服电机各有其有特点，根据系统要求确定，对于伺服进给系统而言，要求伺服电机具有：调速范围宽且稳定，速比大，低速0.1r/min时,速度稳定性仍好；负载特性硬受负载冲击，速度稳定性好，过载才干强；呼应速度快，从零转速到1500r/min，时间在0.2s内，角加速度达400rad/s2可以频繁启动、制动、反转、加减速等。德国：SIEMENS公司、INDRAMAL公司等 美国：AB公司、PARKER公司 法国：ALSTHOM公司 由实验可得到各种导轨的等价阻尼比，同时思索系统的速度、稳定性、光滑、资料等。静压导轨：0.02滑动导轨

10、：0.02-0.3滚动导轨：0.02-0.05n根据控制精度及系统稳定性的要求，普通取 k= 815/s由系统增益和导轨阻尼比，初步确定满足系统稳定性要求所需的机械传动链固有频率 为：n2kn五、丝杠任务台的简化模型五、丝杠任务台的简化模型这一环节的计算与开环系统类似，主要包括： v机械传动方案选择；v初选丝杠直径；v计算总传动比；v计算等效转动惯量，并验算惯量匹配；v计算传动系统综合拉压刚度，并计算固有频率，校验能否满足系统对 固有频率的要求。v 计算出某项不符合要求时，重新设计计算。图示图示 丝杠任务台系统的动力学模型丝杠任务台系统的动力学模型mKxcy动力学平衡方程为:0)(22xykdtdycdtdym式中:m 是丝杠任务台的等效集中质量2131mmmc 是丝杠任务台导轨的粘性阻尼系数k 是丝杠螺母机构的综合拉压刚度y 是任务台的实践位移x 是电机转角折算到任务台的等效位移，即指令位移对上式拉氏变换,得系统传送函数:kcsmsksXsYsG2)()()(化简成二阶系统的