伺服系統(tǒng)-PID經(jīng)典應用

1、 l 伺服系統(tǒng)定義伺服系統(tǒng)定義l 伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成l 伺服系統(tǒng)要求及分類伺服系統(tǒng)要求及分類l 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)l 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)l 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)l 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線l 伺服系統(tǒng)參數(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)l 機電匹配機電匹配l 伺服電機運行模式伺服電機運行模式 以移動部件的位置和速度作為控制量的以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)（Feed Servo System）位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測位置控制速度控制+-電機機械傳動機構(gòu)實際位置反饋實際速度反饋功率驅(qū)動位置檢測

2、+ l伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成 位置檢測裝置將檢測到的移動部件的實位置檢測裝置將檢測到的移動部件的實際位移量進行位置反饋，與位置指令信號進行際位移量進行位置反饋，與位置指令信號進行比較，將兩者的差值進行位置調(diào)節(jié)，變換成速比較，將兩者的差值進行位置調(diào)節(jié)，變換成速度控制信號，控制驅(qū)動裝置驅(qū)動伺服電動機以度控制信號，控制驅(qū)動裝置驅(qū)動伺服電動機以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到指給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到指令位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。令位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。 l 基本工作原理基本工作原理 1.調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)）調(diào)速范圍要寬且要有

3、良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)） 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍：RN=Fmax/Fmin 一般要求：一般要求： RN 1000， 且且 0.1 mm/min Fmin 1 mm/min 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。 2. 位置精度高位置精度高 實際位移與指令位移的差值要小。位置精度一般為實際位移與指令位移的差值要小。位置精度一般為0.010.001mm，甚至可高至，甚至可高至0.1m。 3.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 即負載特性要硬，當負載發(fā)生變化或承受外界干擾的情況下，即負載特性要硬，當負載發(fā)生變化或承受外界干擾

4、的情況下，輸出速度應基本不變，而且保持平穩(wěn)均勻。輸出速度應基本不變，而且保持平穩(wěn)均勻。 4.動態(tài)響應快動態(tài)響應快 即有高的靈敏度，達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要短，一般要求即有高的靈敏度，達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要短，一般要求在在200100ms，甚至小于幾十毫秒。動態(tài)響應的快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤精度的，甚至小于幾十毫秒。動態(tài)響應的快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤精度的高低，直接影響輪廓加工精度的高低和加工高低，直接影響輪廓加工精度的高低和加工表面質(zhì)量的好壞。表面質(zhì)量的好壞。 伺服系統(tǒng)是一個位置隨動系統(tǒng)，按有無位置伺服系統(tǒng)是一個位置隨動系統(tǒng)，按有無位置檢測和反饋有以下三種：檢測和反饋有以下三種： l 開環(huán)伺服系統(tǒng)開

5、環(huán)伺服系統(tǒng)l 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)l 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)步進電機步進驅(qū)動裝置控制器脈沖串方向脈沖相電壓 l 開環(huán)伺服系統(tǒng)組成開環(huán)伺服系統(tǒng)組成 由控制器送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，由控制器送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件，無需無需位置檢測裝置位置檢測裝置。 系統(tǒng)的位置精度主要取決于步進電機的角位移精度系統(tǒng)的位置精度主要取決于步進電機的角位移精度、齒輪絲杠等傳齒輪絲杠等傳動元件的導程或節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性。動元件的導程或節(jié)距精

6、度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性。 位置精度較低位置精度較低，其定位精度一般可達，其定位精度一般可達0.02mm。如果采取螺距誤。如果采取螺距誤差補償和傳動間隙補償?shù)却胧ㄎ痪瓤商岣叩讲钛a償和傳動間隙補償?shù)却胧ㄎ痪瓤商岣叩?.01mm。此外，。此外，由于步進電機性能的限制，開環(huán)進給系統(tǒng)的由于步進電機性能的限制，開環(huán)進給系統(tǒng)的進給速度也受到限制進給速度也受到限制，在脈，在脈沖當量為沖當量為0.01mm時，一般不超過時，一般不超過5m/min。 l 開環(huán)伺服系統(tǒng)特點開環(huán)伺服系統(tǒng)特點位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器信號處理+實際位置反饋實際速度反饋功率驅(qū)動+編碼器編碼器伺服電機伺服電機位置指令 l 半

7、閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成半閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成 l 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點 將檢測裝置裝在伺服電機軸或傳動裝置末端，將檢測裝置裝在伺服電機軸或傳動裝置末端，間接測量移動部件位移來進行位置反饋的進給系統(tǒng)間接測量移動部件位移來進行位置反饋的進給系統(tǒng)稱為稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，將編碼器和伺服電機作在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，將編碼器和伺服電機作為一個整體，編碼器完成角位移檢測和速度檢測，為一個整體，編碼器完成角位移檢測和速度檢測，用戶無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。這種形式用戶無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。這種形式的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在機電一體化設備上得到廣泛的的半閉環(huán)伺服系

8、統(tǒng)在機電一體化設備上得到廣泛的采用。采用。位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測+實際位置反饋實際速度反饋功率驅(qū)動位置檢測+伺服電機伺服電機測速發(fā)電機或編碼器 l 閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成 將檢測裝置裝在移動部件上，直接測量移動部件的實際位移來進將檢測裝置裝在移動部件上，直接測量移動部件的實際位移來進行位置反饋的進給系統(tǒng)稱為行位置反饋的進給系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機械傳動機構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機械傳動機構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能補償部分誤差，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)只能補償部分誤差，因此，半閉環(huán)伺

9、服系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些。精度要低一些。 由于采用了位置檢測裝置，所以，閉環(huán)進給系統(tǒng)的位置精度在其由于采用了位置檢測裝置，所以，閉環(huán)進給系統(tǒng)的位置精度在其他因素確定之后，主要取決于檢測裝置的分辨率和精度。他因素確定之后，主要取決于檢測裝置的分辨率和精度。 閉環(huán)和半閉環(huán)閉環(huán)和半閉環(huán)伺服伺服系統(tǒng)因為采用了位置檢測裝置，所以在結(jié)構(gòu)上系統(tǒng)因為采用了位置檢測裝置，所以在結(jié)構(gòu)上較開環(huán)進給系統(tǒng)復雜。另外，由于機械傳動機構(gòu)部分或全部包含在系較開環(huán)進給系統(tǒng)復雜。另外，由于機械傳動機構(gòu)部分或全部包含在系統(tǒng)之內(nèi)，機械傳動機構(gòu)的固有頻率、阻尼、間隙等將成為系統(tǒng)不穩(wěn)定統(tǒng)之內(nèi)，機械傳動機構(gòu)的固有頻率、阻尼、間

10、隙等將成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，因此，閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的設計和調(diào)試都較開環(huán)系統(tǒng)困難。的因素，因此，閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的設計和調(diào)試都較開環(huán)系統(tǒng)困難。 l 閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征 在全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，控制器直接將位置指令以數(shù)字信在全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，控制器直接將位置指令以數(shù)字信號的形式傳送給伺服驅(qū)動裝置，伺服驅(qū)動裝置本身具有位置和速號的形式傳送給伺服驅(qū)動裝置，伺服驅(qū)動裝置本身具有位置和速度控制功能。度控制功能。 控制器與伺服驅(qū)動裝置之間通過總線相互傳遞如下信息：控制器與伺服驅(qū)動裝置之間通過總線相互傳遞如下信息：l 位置指令和實際位置位置指令和實際位置l 速度指令和實際速度速度指令和實際速度l

11、 轉(zhuǎn)矩指令和實際轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩指令和實際轉(zhuǎn)矩l 伺服系統(tǒng)及伺服電機參數(shù)伺服系統(tǒng)及伺服電機參數(shù)l 伺服狀態(tài)和報警伺服狀態(tài)和報警l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng) CNC 第第 n 軸伺服單元軸伺服單元 第第 1 軸伺服單元軸伺服單元SMPC總線總線總線總線SMPC 控制器 第第 n 軸伺服單元軸伺服單元 第第 1 軸伺服單元軸伺服單元SMPC總線總線總線總線SMPC l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成 l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點1. 系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)節(jié)的調(diào)整由軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)節(jié)的調(diào)整由軟件實現(xiàn)。2. 具有較高的動、靜態(tài)特性。在檢測靈敏度、溫度漂移

12、、噪聲及抗干擾等方面具有較高的動、靜態(tài)特性。在檢測靈敏度、溫度漂移、噪聲及抗干擾等方面都優(yōu)于模擬式伺服系統(tǒng)。都優(yōu)于模擬式伺服系統(tǒng)。3. 引入前饋控制，構(gòu)成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。引入前饋控制，構(gòu)成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4. 由于全數(shù)字式伺服系統(tǒng)采用總線通信方式，極大地減小了連接電纜，便于設由于全數(shù)字式伺服系統(tǒng)采用總線通信方式，極大地減小了連接電纜，便于設備安裝和維護，提高了系統(tǒng)可靠性，同時通過顯示終端實時監(jiān)控伺服狀態(tài)。備安裝和維護，提高了系統(tǒng)可靠性，同時通過顯示終端實時監(jiān)控伺服狀態(tài)。 當前當前 ，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)在機電一體化設備驅(qū)動中得到了廣泛應用。，全數(shù)字式交流

13、伺服系統(tǒng)在機電一體化設備驅(qū)動中得到了廣泛應用。全數(shù)字式交流伺服可作速度、轉(zhuǎn)矩和位置控制，接受指令脈沖或模擬電壓指令全數(shù)字式交流伺服可作速度、轉(zhuǎn)矩和位置控制，接受指令脈沖或模擬電壓指令信號，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報警功能。各控制參數(shù)通過以下方信號，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報警功能。各控制參數(shù)通過以下方法用數(shù)字方式設定：法用數(shù)字方式設定：l 通過驅(qū)動裝置上的顯示器和按鍵進行設定通過驅(qū)動裝置上的顯示器和按鍵進行設定l 通過驅(qū)動裝置上的通信接口與上位機通信進行設定通過驅(qū)動裝置上的通信接口與上位機通信進行設定l 通過可分離式編程器和驅(qū)動裝置上的接口進行設定通過可分離式編程器和驅(qū)動裝置上

14、的接口進行設定 控制器控制器總線總線驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置顯示設定窗口顯示設定窗口編碼器信號線編碼器信號線三相電三相電源進線源進線伺服電機伺服電機三相電源三相電源 l PROFIBUS現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線 PROFIBUS（Process Fildbus的縮寫）是一種國際性的、開放的縮寫）是一種國際性的、開放式的現(xiàn)場總線標準。目前世界上許多自動化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為他們式的現(xiàn)場總線標準。目前世界上許多自動化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為他們生產(chǎn)的設備提供生產(chǎn)的設備提供PROFIBUS接口。接口。PROFIBUS可使分散式數(shù)字控制可使分散式數(shù)字控制器從現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡化，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)分為主站和從站。主器從現(xiàn)場底層到車間

15、級網(wǎng)絡化，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)分為主站和從站。主站組成令牌環(huán)網(wǎng)，發(fā)送權(quán)以令牌形式在主站之間循環(huán)，得到令牌的站組成令牌環(huán)網(wǎng)，發(fā)送權(quán)以令牌形式在主站之間循環(huán)，得到令牌的主站再將令牌沿環(huán)傳遞給下一個主站，在這一確定的時間內(nèi)，可以主站再將令牌沿環(huán)傳遞給下一個主站，在這一確定的時間內(nèi)，可以任意發(fā)送或接受其他總線設備的信息。主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，任意發(fā)送或接受其他總線設備的信息。主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當主站得到總線控制權(quán)時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息；從當主站得到總線控制權(quán)時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息；從站為外圍設備，包括輸入輸出裝置、驅(qū)動裝置和測量變送器等，從站為外圍設備，包括輸入輸出裝置、驅(qū)動裝

16、置和測量變送器等，從站沒有總線控制權(quán)。僅對接受到的信息給予確認，或當主站發(fā)出請站沒有總線控制權(quán)。僅對接受到的信息給予確認，或當主站發(fā)出請求時向主站發(fā)送信息。求時向主站發(fā)送信息。 主站主站主站主站主站主站從站從站從站從站從站從站控制器控制器計算機計算機1計算機計算機2PLC變頻器變頻器伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動 SERCOS是串行實時通信協(xié)議（是串行實時通信協(xié)議（Serial Real Time Communication Specification）。）。SERCOS采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，適用于分布式多軸運動的數(shù)字控制。采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，適用于分布式多軸運動的數(shù)字控制。SERCOS接口接口控制器控制器伺服驅(qū)

17、動伺服驅(qū)動SERCOS接口接口SMPCMSTMSTMDTAT1AT2ATn主站同步數(shù)據(jù)主站同步數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)伺服數(shù)據(jù)伺服數(shù)據(jù)指令周期指令周期 l 增益調(diào)整增益調(diào)整 增益是伺服系統(tǒng)的重要指標之一，它對穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能都有很增益是伺服系統(tǒng)的重要指標之一，它對穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能都有很大的影響，增益大，則系統(tǒng)響應快，穩(wěn)態(tài)誤差小。但并非系統(tǒng)的增益越大的影響，增益大，則系統(tǒng)響應快，穩(wěn)態(tài)誤差小。但并非系統(tǒng)的增益越高越好，當速度突變時，高增益可能導致輸出變化劇烈，機械裝置要受高越好，當速度突變時，高增益可能導致輸出變化劇烈，機械裝置要受到較大的沖擊，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。到較大的沖擊，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。l

18、 加減速時間設定加減速時間設定 加減速用加減速時間的長短來設定，加減速時間越短，速度變化大，加減速用加減速時間的長短來設定，加減速時間越短，速度變化大，系統(tǒng)易引起振蕩；反之，系統(tǒng)的響應性變慢。加減速有線性加減速和指系統(tǒng)易引起振蕩；反之，系統(tǒng)的響應性變慢。加減速有線性加減速和指數(shù)加減速。在線性加減速中，加速度有突變，應根據(jù)負載慣量核算最大數(shù)加減速。在線性加減速中，加速度有突變，應根據(jù)負載慣量核算最大可達到的加速度，從而確定加速到最大速度所需要的時間；在指數(shù)加減可達到的加速度，從而確定加速到最大速度所需要的時間；在指數(shù)加減速中，加速度變化無突變，速度變化平穩(wěn)，必須設定加減速總時間和加速中，加速度變

19、化無突變，速度變化平穩(wěn)，必須設定加減速總時間和加減速升降速時間。減速升降速時間。 taavtOv、aavtv、aOtat1t2線性加減速線性加減速指數(shù)加減速指數(shù)加減速 l 阻尼阻尼l 剛度剛度 運動中的機械部件易產(chǎn)生振動，其振幅取決于系統(tǒng)的阻尼和固有頻率，運動中的機械部件易產(chǎn)生振動，其振幅取決于系統(tǒng)的阻尼和固有頻率，系統(tǒng)的阻尼越大，振幅越小，且衰減越快。運動副（特別是導軌）的摩擦阻系統(tǒng)的阻尼越大，振幅越小，且衰減越快。運動副（特別是導軌）的摩擦阻尼占主導地位，實際應用中一般將摩擦阻尼簡化為粘性摩擦阻尼。系統(tǒng)的粘尼占主導地位，實際應用中一般將摩擦阻尼簡化為粘性摩擦阻尼。系統(tǒng)的粘性摩擦阻尼越大，系

20、統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精度越低。對于質(zhì)量大、剛度低的性摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精度越低。對于質(zhì)量大、剛度低的機械系統(tǒng)，為了減小振幅，加速衰減?？稍龃笳承阅Σ磷枘?。機械系統(tǒng)，為了減小振幅，加速衰減。可增大粘性摩擦阻尼。 剛度為使彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。對閉環(huán)伺服系統(tǒng)而言，剛度為使彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。對閉環(huán)伺服系統(tǒng)而言，剛度越大，穩(wěn)定性越好。廣義講，傳動機構(gòu)的間隙也是影響剛度大小的重剛度越大，穩(wěn)定性越好。廣義講，傳動機構(gòu)的間隙也是影響剛度大小的重要因數(shù)。間隙的主要形式有齒輪傳動的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動間隙、要因數(shù)。間隙的主要形式有齒輪傳動的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動間

21、隙、絲杠軸承的軸向間隙以及聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等，必須采取消隙措施，以提絲杠軸承的軸向間隙以及聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等，必須采取消隙措施，以提高傳動剛度。高傳動剛度。 l 諧振諧振 對于質(zhì)量為對于質(zhì)量為m、抗壓剛度系數(shù)為、抗壓剛度系數(shù)為k的單自由度直線運動系統(tǒng)，的單自由度直線運動系統(tǒng)，其固有頻率其固有頻率為為 對于轉(zhuǎn)動慣量為對于轉(zhuǎn)動慣量為J、扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)為、扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)為k的單自由度旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)，的單自由度旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)，其固有頻率其固有頻率為為mk21Jk21 當外界的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)將產(chǎn)當外界的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而不能正常工作。機械部件的諧振頻率

22、必須大于電氣驅(qū)動生諧振而不能正常工作。機械部件的諧振頻率必須大于電氣驅(qū)動部件的諧振頻率。部件的諧振頻率。 電動機的輸出功率在產(chǎn)品樣本或銘牌上都有明確表示。在一般情況下，電動機的輸出功率在產(chǎn)品樣本或銘牌上都有明確表示。在一般情況下，設計者在選用電動機時，只要從電動機的輸出功率、轉(zhuǎn)速、保護方式三方面設計者在選用電動機時，只要從電動機的輸出功率、轉(zhuǎn)速、保護方式三方面考慮選擇電動機就可以了。但在伺服驅(qū)動中，還必須考慮伺服驅(qū)動機械負載考慮選擇電動機就可以了。但在伺服驅(qū)動中，還必須考慮伺服驅(qū)動機械負載特性。在伺服驅(qū)動中，它所帶的負載大多為恒轉(zhuǎn)矩負載，在轉(zhuǎn)速改變時，其特性。在伺服驅(qū)動中，它所帶的負載大多為恒

23、轉(zhuǎn)矩負載，在轉(zhuǎn)速改變時，其負載轉(zhuǎn)矩基本不變。這就是說，在使用中只要轉(zhuǎn)矩為額定值，即使轉(zhuǎn)速不同，負載轉(zhuǎn)矩基本不變。這就是說，在使用中只要轉(zhuǎn)矩為額定值，即使轉(zhuǎn)速不同，溫升變化也不大，說明電動機處于額定運行，這時的輸出功率即為額定功率。溫升變化也不大，說明電動機處于額定運行，這時的輸出功率即為額定功率。即伺服電動機在出廠時給出額定轉(zhuǎn)矩后，其額定功率都是由用戶決定的，這即伺服電動機在出廠時給出額定轉(zhuǎn)矩后，其額定功率都是由用戶決定的，這一點與選用普通的電動機是由很大區(qū)別的。一點與選用普通的電動機是由很大區(qū)別的。 伺服電動機很少工作在恒速運行狀態(tài)，而多數(shù)是工作在頻繁的起動伺服電動機很少工作在恒速運行狀態(tài)，

24、而多數(shù)是工作在頻繁的起動-停停止狀態(tài)，止狀態(tài)，在加速和減速時必須輸出在加速和減速時必須輸出35倍的額定轉(zhuǎn)矩倍的額定轉(zhuǎn)矩，電流也成比例地上升，電流也成比例地上升，電動機的發(fā)熱近似與電流平方成比例。電動機的發(fā)熱近似與電流平方成比例。 在樣本或銘牌上給出的輸出功率是指電動機在額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)運行時，在樣本或銘牌上給出的輸出功率是指電動機在額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)運行時，溫升不超過規(guī)定時的輸出功率。這一功率是按可以穩(wěn)定運行的最大轉(zhuǎn)速和額溫升不超過規(guī)定時的輸出功率。這一功率是按可以穩(wěn)定運行的最大轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩計算出來的。在選擇伺服電動機時，不能單純從電動機負載所需的功定轉(zhuǎn)矩計算出來的。在選擇伺服電動機時，不能單純從

25、電動機負載所需的功率出發(fā)，還必須充分考慮負載機械所要求的運動模式和轉(zhuǎn)矩模式，用不同的率出發(fā)，還必須充分考慮負載機械所要求的運動模式和轉(zhuǎn)矩模式，用不同的控制方式可以實現(xiàn)不同的運動模式控制方式可以實現(xiàn)不同的運動模式 計算機械系統(tǒng)的等效慣量。從伺服電動機的運動模式和轉(zhuǎn)矩模式計算機械系統(tǒng)的等效慣量。從伺服電動機的運動模式和轉(zhuǎn)矩模式來看，在大多數(shù)情況下是處于過渡過程狀態(tài)之中，除了要考慮增大電來看，在大多數(shù)情況下是處于過渡過程狀態(tài)之中，除了要考慮增大電流和功率之外，還必須充分考慮過渡過程的快速性問題。應該考慮計流和功率之外，還必須充分考慮過渡過程的快速性問題。應該考慮計算負載的轉(zhuǎn)動慣量及電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣

26、量大小問題。從轉(zhuǎn)子慣量大算負載的轉(zhuǎn)動慣量及電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量大小問題。從轉(zhuǎn)子慣量大小來看，伺服電動機一般可分為超低慣量、低慣量、中慣量等幾個檔小來看，伺服電動機一般可分為超低慣量、低慣量、中慣量等幾個檔次。在負載機械起、制動頻繁的場合，可選慣量小一些的伺服電動機，次。在負載機械起、制動頻繁的場合，可選慣量小一些的伺服電動機，在要求低速運行平穩(wěn)而又不頻繁起、制動時，則宜選擇慣量值較大的在要求低速運行平穩(wěn)而又不頻繁起、制動時，則宜選擇慣量值較大的伺服電動機。另外，伺服電動機。另外，折算到電動機軸上的負載等效慣量通常要限制在折算到電動機軸上的負載等效慣量通常要限制在2.5倍的電動機慣量之內(nèi)倍的電動

27、機慣量之內(nèi)，使之既保證過渡過程的快速性，又不產(chǎn)生，使之既保證過渡過程的快速性，又不產(chǎn)生顯著的振蕩，保持平穩(wěn)，這也是在選擇電動機時要考慮的一個因素。顯著的振蕩，保持平穩(wěn)，這也是在選擇電動機時要考慮的一個因素。說明書中有選擇慣量的推薦值。說明書中有選擇慣量的推薦值。 T1T2T3vv、TtO起動起動 t1運動運動 t2制動制動 t3停止停止 t4T4=0 T1T2T3v1v、TtO起動起動 t1快進快進 t2工進工進t4停止停止 t6減速減速t3制動制動 t5T 4T 5v2T6=0 T1T2v、TtO起動起動 t1制動制動 t2停止停止 t3T3=0 niiniiinnnettTtttttTtT

28、tTtTT1123212323222121.有效負載轉(zhuǎn)矩有效負載轉(zhuǎn)矩 m=500kg（工作臺、工件）（工作臺、工件）fd=0.065ts=8mm、Js=100kgcm2工作臺工作臺工件工件fs=0.3i=0.86Jz1=20kgcm2Jz2=30kgcm2傳動效率傳動效率=0.9 t2=4sT1T2T3vv、TtO t1=0.5sT4=0 t3=0.5s t4=1s 1.額定轉(zhuǎn)矩計算額定轉(zhuǎn)矩計算1）工作臺運動所需的轉(zhuǎn)矩）工作臺運動所需的轉(zhuǎn)矩Tp=67.5Ncm2）絲杠預緊后的附加轉(zhuǎn)矩）絲杠預緊后的附加轉(zhuǎn)矩Ts=4.1Ncm 總負載轉(zhuǎn)矩總負載轉(zhuǎn)矩 TL=Tp+Ts=71.6Ncm2.慣量計算慣量

29、計算1）運動部件折算到電機軸上的等效慣）運動部件折算到電機軸上的等效慣 量量JpD=23.6kgcm22）絲杠和齒輪折算到電機軸上的等效）絲杠和齒輪折算到電機軸上的等效慣量慣量JsD=96.1kgcm 電機軸上總等效慣量電機軸上總等效慣量 JD=JpD+JsD+Jz2=139.7kgcm23.電機選擇電機選擇1）電機轉(zhuǎn)子慣量）電機轉(zhuǎn)子慣量JM=356.7kgcm2JM/JD=356.7/139.7=2.552.5 （ 符合要求）符合要求）2）負載和電機總慣量負載和電機總慣量 J=JD+JM=496.4kgcm2 3）電機額定輸出轉(zhuǎn)矩）電機額定輸出轉(zhuǎn)矩TN=3Nm 4）電機轉(zhuǎn)速）電機轉(zhuǎn)速nN=7

30、50r/min 4.加減速轉(zhuǎn)矩計算加減速轉(zhuǎn)矩計算1）加速轉(zhuǎn)矩）加速轉(zhuǎn)矩T1=292.2Ncm2）勻速轉(zhuǎn)矩）勻速轉(zhuǎn)矩T2=71.6Ncm3）減速轉(zhuǎn)矩）減速轉(zhuǎn)矩T3=292.2Ncm5.有效負載轉(zhuǎn)矩有效負載轉(zhuǎn)矩256.215 . 045 . 05 . 0292.246 .715 . 0292.22224321424333222121tttttTtTtTtTTe6.結(jié)論結(jié)論因為因為 TNTe所以所以 電機選擇符合要求電機選擇符合要求 Ncm=2.6Nm SANYO BL Super P series AC SERVO SYSTEMl 系統(tǒng)組成及連接系統(tǒng)組成及連接 SANYO BL Super P s

31、eries AC SERVO SYSTEMl 伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成Pulsetrain typeElectronic gearPositionloop gainAcceleration/deceleration time Speed loopproportionalgain integraltime constant Currentcommandnotch filter Currentcommandloop pass filterCurrentSMPC Frequencyquadruplier Feed forward gainFeed forward commandLow pass fi

32、lter Output pulsefrequency divisionAB Command pulse SANYO BL Super P series AC SERVO SYSTEMl 用戶參數(shù)設定用戶參數(shù)設定 PMAC運動控制器運動控制器 PMAC運動控制器是美國運動控制器是美國Delta Tau數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)公司的產(chǎn)品。借助于公司的產(chǎn)品。借助于Motorola的的DSP 56系列數(shù)字系列數(shù)字信號處理器，信號處理器，PMAC運動控制器可以同時操縱運動控制器可以同時操縱18根軸。由于每一根軸都是完全獨立的，一個根軸。由于每一根軸都是完全獨立的，一個PMAC運動控制器可以操縱運動控制器可以操縱

33、8臺不同機器的臺不同機器的8根單根單軸，或者同一臺機器的軸，或者同一臺機器的8根軸，或者兩者之間的任根軸，或者兩者之間的任意組合。意組合?？偩€：總線：PC、VME、STD32、 PCI、PC104電機類型：電機類型：直流伺服電動直流伺服電動機 、 交 流 伺 服 電 動 機機 、 交 流 伺 服 電 動 機（BLDCM、PMSM）、）、步進電機步進電機反饋：反饋：增量式編碼器、絕增量式編碼器、絕對式編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、對式編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、直線電壓位移傳感器或電直線電壓位移傳感器或電位計、激光干涉儀、磁致位計、激光干涉儀、磁致伸縮位移傳感器伸縮位移傳感器控 制 碼 ：控 制 碼 ： P M

34、A C （ 類（ 類BASIC ASIC命令）、命令）、G代碼代碼l 簡簡 介介 l 伺服組成框圖伺服組成框圖 速度和加速度前饋可以減小伺服系統(tǒng)的軌跡誤差。速度前饋的作用速度和加速度前饋可以減小伺服系統(tǒng)的軌跡誤差。速度前饋的作用是減少微分增益或測速環(huán)路阻尼所引起的跟蹤誤差；慣性所帶來的跟蹤是減少微分增益或測速環(huán)路阻尼所引起的跟蹤誤差；慣性所帶來的跟蹤誤差與加速度成正比，因此可以由加速度前饋來補償。數(shù)字階式濾波器誤差與加速度成正比，因此可以由加速度前饋來補償。數(shù)字階式濾波器可以解決機械諧振的問題。可以解決機械諧振的問題。 l 從動控制從動控制 在車床上加工在車床上加工多線螺紋，多線螺紋，PMAC

35、將將Z軸從動于主軸編軸從動于主軸編碼器，使刀具速度碼器，使刀具速度跟蹤主軸速度，從跟蹤主軸速度，從而得到恒定的螺距，而得到恒定的螺距，這可以在時基模式這可以在時基模式下完成。為主軸定下完成。為主軸定義一個義一個“實時實時”速速度，并以此設置時度，并以此設置時基常數(shù)。在主軸運基常數(shù)。在主軸運行于實時速度的前行于實時速度的前提下為從動軸編寫提下為從動軸編寫程序，時基控制將程序，時基控制將會自動補償主軸速會自動補償主軸速度的變化。度的變化。 l 從動控制從動控制*Set-up and Definitions*&1 ; Define axes in Coordinate System 1#110000

36、X ; Motor 1 is X at 10000 cts/in(radial)#210000Z ; Motor 2 is Z at 10000 cts/in(radial)spindle encoder has 1024 lines/rev or 4096 cts/rev ,At real-timesspeed of 3000 rpm(50 rps),encoder frequency is 204.8 cts/msecBy formula,the time-base constant is 131,072/204.8=640.WY:1833,640 ; Set time-base cons

37、tant (at address 1833)193=1833 ; Tell Coordinate System 1 to use this ; Address as the time-base source 加工一個加工一個5螺距（每英寸螺距（每英寸5線）螺桿。設主軸轉(zhuǎn)速為線）螺桿。設主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min，則切削速度，則切削速度為為10in/s。為了使刀具與每道螺紋配準（。為了使刀具與每道螺紋配準（20ms/r），每個循環(huán)的程序時間必須精），每個循環(huán)的程序時間必須精確地為確地為20ms的倍數(shù)。的倍數(shù)。*Motion Program Text*OPEN PROG 77 CLEAR ; P

38、repare buffer 77 for entryP100=3.00 ; X(radial)dimension of outside of storkP101=P100 ; Starting location of cutRAPID X(P1000.1)Z2 ; Move quickly to starting positionWHILE(P1013.10) ；Loop until 0.1 inches deep P101=P101+0.01 ; Increase depth 0.01 inches deep TM100 ; 100msec “plunge” time X(P101) ; R

39、adial axis into siock(“Plunge”) TM(24*1000/10) ; 24 inches at 10 in/sec(in msec) Z26 ; Mark threading pass for 24 inches(26-2) TM60 ; 60 msec retract time X(P1000.1) ; Retract to just outside of stock TM(24*1000/30) ; 24 inches at 30 in/sec(in msec) Z2 ; Reverse move for nest pass ; Total time for moves in loop is ; 100+2400+60+800=3360 msec，which is an ; exact multiple of 20 msec，or 1 spindle revENDWHILE ; End of loopRAPID X0 Z0 ; Return to home positionCLOSE l 運動中的位置匹配運動中的位置