第二章伺服系统稳态设计之

第二 伺服系统的稳态设

负载的折算

振脉冲宽度调制 )线2 第二 伺服系统的稳态设设计概述速度伺服系统通常的技术要求位置伺服系统通常的技术要求设计步骤负载的分析计算几种典型负载负载的折算负载的综合计算执行元件的选择执行元件概述执行电机的选择检测装置的选择伺服系统的测速与测角检测装置的选择和设计信号转换电路的设计和选择概述相敏整流电路振幅调制线路脉冲宽度调制 )线路放大装置的设计和选择功率放大装置概述放大装置的设计与选择电源设备等装置的设计211速度控制系统通常的技术要求211速度控制系统通常的技术要求nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、最低平稳转速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、DD

211速度控制系统通常的技术指标要求其中其中：n0控制信号一定的情况下，n控制信号一定的情况下，满载时的转速：δn0n10﹪=n10﹪∆n（或或v）：∆n=n0211速度控制系统通常的技术要求阶跃输入下系统的动态响应特性：21 速度控制系统通常的技术要求.11 速度控制系统通常的技术要求工作制的要求：长期连续运行制、间歇运行制、短时运行制。系统可靠性要求：通常用连续运行无故障时间来衡量使用寿命使用环境条件：环境温度、湿度、振动、抗冲击、防水、防化、防辐射、电源条件的限制经济性要求：生产成本、标准化程度结构型式要求：体积、质量、安装特点等第二 伺服系统的稳态设设计概述（旧版书：5–速度伺服系统通常的技术要求2位置伺服系统通常的技术要求设计步骤负载的分析计算（旧版书：5–几种典型负载负载的折算负载的综合计算执行元件的选择（旧版书：5–执行元件概述执行电机的选择检测装置的选择（旧版书：第二章、5–伺服系统的测速与测角检测装置的选择和设计信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–概述相敏整流电路振幅调制线路脉冲宽度调制 )线路放大装置的设计和选择（旧版书：5–功率放大装置概述放大装置的设计与选择电源设备等装置的设计（旧版书：5–21 位置控制系统通常的技术要求21 位置控制系统通常的技术要求nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、最低平稳转速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、DD

21 位置伺服系统通常的技术要求es静差21 位置控制系统通常的技术要求阶跃输入下系统的动态响应特性21 位置控制系统通常的技术要求等速 时，负载扰动下的动态响应特性：21 位置控制系统通常的技术要求误差指标速度误差最大正弦误差速度品质系数

加速度品质系数

Kaeae

21 位置控制系统通常的技术要求振荡指标 位置伺服系统闭环幅频特Ap的最大值与A(0的比；(一般位置伺服系统无静差；(一般位置伺服系统无静差：A(0)=1频带宽度ωb:闭环幅频特A(b0.707的角频率相角裕量212 位置控制系统通常的技术要求工作制的要求：长期连续运行制、间歇运行制、短时运行制。系统可靠性要求：通常用连续运行无故障时间来来衡量使用寿命使用环境条件：环境温度、湿度、振动、抗冲击、防水、防化、防辐射、电源条件的限经济性要求：生产成本、标准化程度结构型式要求：体积、质量、安装特点等第二 伺服系统的稳态设设计概述（旧版书：5–速度伺服系统通常的技术要求位置伺服系统通常的技术要求设计步骤负载的分析计算（旧版书：5–几种典型负载负载的折算负载的综合计算执行元件的选择（旧版书：5–执行元件概述执行电机的选择检测装置的选择（旧版书：第二章、5–伺服系统的测速与测角检测装置的选择和设计信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–概述相敏整流电路振幅调制线路脉冲宽度调制 )线路放大装置的设计和选择（旧版书：5–功率放大装置概述放大装置的设计与选择电源设备等装置的设计（旧版书：5–一、调研选定伺服系统各部件型号；确定各部件间接口方式；选择伺服系统的控制方案；确定伺服系统的主干线路、辅助线路及电源二、理论设计稳态设计选择执行电选择执行电选择检测元信号转换电路的设计和选放大装置的设计和选择电源设备等装置的设计和选传递函数的推导动态设计希望特性的绘制设计校正环三、调试第二 伺服系统的稳态设设计概述（旧版书：5–速度伺服系统通常的技术要求位置伺服系统通常的技术要求设计步骤负载的分析计算（旧版书：5–1几种典型负载负载的折算负载的综合计算执行元件的选择（旧版书：5–执行元件概述执行电机的选择检测装置的选择（旧版书：第二章、5–伺服系统的测速与测角检测装置的选择和设计信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–概述相敏整流电路振幅调制线路脉冲宽度调制 )线路放大装置的设计和选择（旧版书：5–功率放大装置概述放大装置的设计与选择电源设备等装置的设计（旧版书：5–221粘性摩擦负

干摩擦力Fc（N）:Fc=|Fc|·Sign干摩擦负载式中V负载线干摩擦负载干摩擦力矩Mc（N·m）:Mc=|Mc|·Sign式中Ω负载角速度粘性摩擦力Fb（N）:Fb=b1式中：b1(N·s/m粘性摩擦系粘性摩擦力矩Mb（N·m）:Mb=b2式中：b2N·s·m粘性摩擦系惯性力Fm（N）:Fm=m·式中am/s2负载线加速度惯性力矩MJ（N·m）:MJJ·式中：ε（rad/s2)--负载角加速度几种典型负载

重力W（N）:W=m·不平MW（N·m）弹力Fk(N):Fk=k1L式中：K1(N/m弹性摩擦系数Lm弹性力矩Mk（N·m）:Mk=k2式中：k2N·mrad弹性摩擦系Φ–角位风阻力Ft（N）:Ftf1·式中f1(N·s2/m2风阻系风阻力Mt（N·m）Mtf2·式中f2（N·m·s2)风阻系第二 伺服系统的稳态设设计概述（旧版书：5–速度伺服系统通常的技术要求位置伺服系统通常的技术要求设计步骤负载的分析计算（旧版书：5–几种典型负载负载的折算负载的综合计算执行元件的选择（旧版书：5–执行元件概述执行电机的选择检测装置的选择（旧版书：第二章、5–伺服系统的测速与测角检测装置的选择和设计信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–概述相敏整流电路振幅调制线路脉冲宽度调制 )线路放大装置的设计和选择（旧版书：5–功率放大装置概述放大装置的设计与选择电源设备等装置的设计（旧版书：5–222

直线运动虑减速i考虑222

直线运动虑减速i考虑FΣ=Fc+Fb+Fm=Fc+b1v+(md+mz)·式中: 电机轴受到的合 电机动子质 负载质222负载的折算

直线运动虑减速i考虑负载MΣ=Mc+MJ=Mc+(Jd+式中: 电机轴受到的合力 电机转动惯 负载转动惯222负载的折算

直线运动虑减速i考虑12

3 Ωd=i·Φd=i·i=i1·i2·式中：i1、i2、i3--- 各级齿轮减速i----

εd=i·22 负载的折算

虑减速i考虑传动效率η负考虑传动效率 Ωd=i·MMZdi·-电机的输出功率与负载消耗功率相等ηMd·Ωd=MZ·222负载的折算

虑减速i考虑参数的折MbMbbzMbbdb 负载参数的折算MMdMz dMJMJJzMJJdJ MKKMKKMKKdMffzMf2fdKf 负载参数的折算MMdMz d负载参数的折算d iz

Mz

biJ

Md

J

Kif

222负载的折算

直线运动虑减速i考虑直线运动与旋转运动转换MMΣ=J+MW=(Jd+JP+m·R2)·ε1+W·RMΣ=MJ-MW=(Jd+JP+m·R2)·ε -W·已知载W=mg，已知载W=mg，转子转动惯量Jd，辘轮转动惯Jp，直2R，电机和轮的角速度为Ω，角加速度负载线速度v=Ω·负载222负载的折算直线运动与旋转运动转换

直线运动虑减速i考虑传动效率η负载动多轴传MΣ=MJ’+MW’ (MΣ=MJ’+MW’ (Jdi2)·ε1’+iη = ’- ’JR2ΣJW( d )·Pi22’-i

电机 J'mR2

M

εi 辘轮i2

负载第二 伺服系统的稳态设设计概述（旧版书：5–速度伺服系统通常的技术要求位置伺服系统通常的技术要求设计步骤负载的分析计算（旧版书：5–几种典型负载负载的折算负载的综合计算执行元件的选择（旧版书：5–执行元件概述执行电机的选择检测装置的选择（旧版书：第二章、5–伺服系统的测速与测角检测装置的选择和设计信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–概述相敏整流电路振幅调制线路脉冲宽度调制 )线路放大装置的设计和选择（旧版书：5–功率放大装置概述放大装置的设计与选择电源设备等装置的设计（旧版书：5–22 负载的综合计算负载运动有规律负载运动没有固定负载运动有规律负载运动没有固定规负载运动有规律例1龙门刨床工作台的控制系统 工件执行电动机转子的转动惯量Jd工件工作齿轮组的减速比i齿条相啮合的齿轮节圆半径R总传动效η复运动部分的总质量m,干摩擦力工作时的切削阻力Fp,其它因素可忽略 电机t3t

t5

= + +MC0 t

MP00M∑

ttt

FCM iMMFPM it

mR2 i20考虑实际加工过考虑实际加工过程往复次数多验执行电机的发热与温升，为此要计算一周内转矩的均方根值Mdx主要由于QI2RtMKmI因此考虑Mdx检验执行电机的温升与发热。MM∑M10M2M6t3t6tMM4M35M2t1M2(t2-t1)M2(t3-t2)M2(t4-t3)M2(t5-t4)M2(t6-t5123456αt1(t2-t1)α(t4-t2)(t5-t4)α(t6-t5若若考、制动故加α<1,一般可取α=0.75。若起动段和制动段在一个周期内占的比例较大，可取α=0.5。22 负载运动有规律负载运动没有固定负载运动有规律负载运动没有固定规负载运动没有固定规律在没有固定运动规律的情况下，工程上常采用等效正弦运动方法。C=msiniC=micosiC=-m=mm=