伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

1、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì) 概述概述 伺服系統(tǒng)典型負(fù)載分析和計(jì)算伺服系統(tǒng)典型負(fù)載分析和計(jì)算 伺服系統(tǒng)控制方案選擇伺服系統(tǒng)控制方案選擇 伺服電機(jī)選擇伺服電機(jī)選擇 伺服檢測裝置的選擇伺服檢測裝置的選擇 放大裝置選擇放大裝置選擇概概 述述 伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的內(nèi)容伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 對控制對象運(yùn)動與動力學(xué)分析、負(fù)載分析、執(zhí)行電動機(jī)及傳對控制對象運(yùn)動與動力學(xué)分析、負(fù)載分析、執(zhí)行電動機(jī)及傳動裝置的確定、測量元件的選擇、放大裝置的選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算。動裝置的確定、測量元件的選擇、放大裝置的選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算。 伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)目的伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)目的 確定系統(tǒng)的基本不變部分的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)果確定了系確

2、定系統(tǒng)的基本不變部分的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)果確定了系統(tǒng)的控制能力。統(tǒng)的控制能力。 動態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算則是在此基礎(chǔ)上使系統(tǒng)達(dá)到要求的動態(tài)性能。包動態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算則是在此基礎(chǔ)上使系統(tǒng)達(dá)到要求的動態(tài)性能。包括滿足動態(tài)誤差、穩(wěn)定性及快速性要求。括滿足動態(tài)誤差、穩(wěn)定性及快速性要求。 伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn) 穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)運(yùn)用基礎(chǔ)知識面更寬，需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)運(yùn)用基礎(chǔ)知識面更寬，需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 工程定量計(jì)算的計(jì)量單位工程定量計(jì)算的計(jì)量單位 我國計(jì)量管理規(guī)定一律采用國際單位制我國計(jì)量管理規(guī)定一律采用國際單位制(SI)。國內(nèi)有些產(chǎn)品銘。國內(nèi)有些產(chǎn)品銘牌數(shù)據(jù)仍沿用工程單位制。在計(jì)算時(shí)應(yīng)統(tǒng)一換

3、算成國際單位制。牌數(shù)據(jù)仍沿用工程單位制。在計(jì)算時(shí)應(yīng)統(tǒng)一換算成國際單位制。 名名 稱稱符號符號工程單位工程單位國際單位國際單位換算關(guān)系換算關(guān)系轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速角速度角速度n r/minrad/s1 r/min = /30 rad/s飛輪轉(zhuǎn)矩飛輪轉(zhuǎn)矩GD2kgm2gcm2Nm21 kgm2 = 9.8 Nm21 gcm2 = 9.810-7 Nm轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量Jkgms2gcms2kgm21 kgms2 = 9.8 kgm21gcms2=9.810-5kgm2力力FkgN1 kg = 9.8 N力力 矩矩M或或TkgmgcmNm1 kgm = 9.8 Nm1 gcm = 9.810-5 Nm功功(能能)

4、WkgmWhJ或或Nm1 kgm = 9.8 J1 Wh = 3600 J功功 率率Pkgm/shPW或或J/s1 kgm/s = 9.8 W1 hP = 735.5 W伺服系統(tǒng)典型負(fù)載分析和計(jì)算伺服系統(tǒng)典型負(fù)載分析和計(jì)算 明確了系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)后，研究被控對象的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)明確了系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)后，研究被控對象的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性，根據(jù)對象的具體特點(diǎn)和受載情況選擇執(zhí)行元件。特性，根據(jù)對象的具體特點(diǎn)和受載情況選擇執(zhí)行元件。 掌握了一般性研究方法后，需對負(fù)載作定量分析，根據(jù)對掌握了一般性研究方法后，需對負(fù)載作定量分析，根據(jù)對象的實(shí)際運(yùn)動規(guī)律來建立負(fù)載和干擾模型。象的實(shí)際運(yùn)動規(guī)律來建立負(fù)載和干擾模型。

5、一、系統(tǒng)典型負(fù)載分析一、系統(tǒng)典型負(fù)載分析 隨動系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)一般來說都是由執(zhí)行電動機(jī)隨動系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)一般來說都是由執(zhí)行電動機(jī)(或液或液壓、氣動馬達(dá)壓、氣動馬達(dá))帶動被控對象做機(jī)械運(yùn)動。其控制特性與被帶動被控對象做機(jī)械運(yùn)動。其控制特性與被控對象相聯(lián)系的動力學(xué)特性關(guān)系極大?？貙ο笙嗦?lián)系的動力學(xué)特性關(guān)系極大。 被控對象能否達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動狀況，完全取決于系統(tǒng)的穩(wěn)被控對象能否達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動狀況，完全取決于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。態(tài)和動態(tài)性能。 系統(tǒng)常見的負(fù)載類型有：摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、阻尼負(fù)系統(tǒng)常見的負(fù)載類型有：摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、阻尼負(fù)載、重力負(fù)載、彈性負(fù)載以及流體動力負(fù)載等，前兩項(xiàng)幾乎載、重力負(fù)載、

6、彈性負(fù)載以及流體動力負(fù)載等，前兩項(xiàng)幾乎任一系統(tǒng)均有。任一系統(tǒng)均有。 1.摩擦負(fù)載摩擦負(fù)載 在任何機(jī)械傳動系統(tǒng)中，每一對相對運(yùn)動物體的接觸表面之間在任何機(jī)械傳動系統(tǒng)中，每一對相對運(yùn)動物體的接觸表面之間都存在著摩擦。普通的現(xiàn)象，情況卻十分復(fù)雜。都存在著摩擦。普通的現(xiàn)象，情況卻十分復(fù)雜。 在工程設(shè)計(jì)中，多采取實(shí)測的辦法，或采用手冊提供的數(shù)據(jù)做在工程設(shè)計(jì)中，多采取實(shí)測的辦法，或采用手冊提供的數(shù)據(jù)做近似地估算。近似地估算。 從接觸表面的相對運(yùn)動形式看，有滑動摩擦與滾動摩擦。在條從接觸表面的相對運(yùn)動形式看，有滑動摩擦與滾動摩擦。在條件相同的情況下，滾動摩擦力比滑動摩擦力小。件相同的情況下，滾動摩擦力比滑動

7、摩擦力小。 以接觸表面之間的潤滑條件來看，有干摩擦、粘性摩擦以接觸表面之間的潤滑條件來看，有干摩擦、粘性摩擦(或稱濕或稱濕摩擦摩擦)和介于兩者之間的邊界摩擦和介于兩者之間的邊界摩擦(俗稱半干摩擦俗稱半干摩擦)。在條件相同情。在條件相同情況下，干摩擦最大，粘性摩擦小，半干摩擦力介于兩者之間。況下，干摩擦最大，粘性摩擦小，半干摩擦力介于兩者之間。 摩擦力摩擦力Fc = fN。 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f與法向壓力、接觸表面特性、粗糙度、溫度、滑動速與法向壓力、接觸表面特性、粗糙度、溫度、滑動速度、接觸時(shí)間等均有關(guān)。度、接觸時(shí)間等均有關(guān)。 輸出軸上承受的摩擦力矩是由系統(tǒng)整個(gè)機(jī)械傳動各部分的摩擦輸出軸上承受的

8、摩擦力矩是由系統(tǒng)整個(gè)機(jī)械傳動各部分的摩擦作用綜合的結(jié)果。以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為例作用綜合的結(jié)果。以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為例: 靜摩擦力矩最大，隨著輸出角速度靜摩擦力矩最大，隨著輸出角速度的增加的增加(01)時(shí)，摩擦力矩又時(shí)，摩擦力矩又略有增加或保持不變。摩擦負(fù)載對系統(tǒng)的工作品質(zhì)影響很大。略有增加或保持不變。摩擦負(fù)載對系統(tǒng)的工作品質(zhì)影響很大。 對隨動系統(tǒng)而言，摩擦負(fù)載影響系統(tǒng)的控制精度。當(dāng)要求低速對隨動系統(tǒng)而言，摩擦負(fù)載影響系統(tǒng)的控制精度。當(dāng)要求低速跟蹤時(shí)，由于摩擦負(fù)載在低速區(qū)有跟蹤時(shí)，由于摩擦負(fù)載在低速區(qū)有dMc/d1, 系統(tǒng)對于擾系統(tǒng)對于擾動動N(s) 比沒有反饋時(shí)要差。因此，單回路控制系統(tǒng)難于抑制干比沒有反饋時(shí)

9、要差。因此，單回路控制系統(tǒng)難于抑制干擾作用的影響。擾作用的影響。 在單回路系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)的指標(biāo)要求較高，系統(tǒng)的增益應(yīng)在單回路系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)的指標(biāo)要求較高，系統(tǒng)的增益應(yīng)當(dāng)較大，則系統(tǒng)通過串聯(lián)校正很可能難以實(shí)現(xiàn)，必須改變系統(tǒng)結(jié)當(dāng)較大，則系統(tǒng)通過串聯(lián)校正很可能難以實(shí)現(xiàn)，必須改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 單回路控制系統(tǒng)只適用于被控對象比較簡單。性能指示要求單回路控制系統(tǒng)只適用于被控對象比較簡單。性能指示要求不很高的情況。不很高的情況。 在要求較高的控制系統(tǒng)中，一般采用雙回路和多回路結(jié)構(gòu)。在要求較高的控制系統(tǒng)中，一般采用雙回路和多回路結(jié)構(gòu)。 雙回路控制系統(tǒng)對輸入和干擾的傳遞函數(shù)分別為雙回路控制系統(tǒng)對輸入和干擾

10、的傳遞函數(shù)分別為 G1(s)Gc1(s)G2(s)rc_nGc2(s)+ 可以選擇串聯(lián)校正裝置可以選擇串聯(lián)校正裝置Gc1(s)和并聯(lián)校正裝置和并聯(lián)校正裝置Gc2(s)來滿足對來滿足對R(s)和和N(s)的指標(biāo)要求。由于有了局部反饋，可以充分抑制的指標(biāo)要求。由于有了局部反饋，可以充分抑制N(s)的干擾作用，而且當(dāng)部件的干擾作用，而且當(dāng)部件G2(s)的參數(shù)變化很大時(shí)，局部閉環(huán)可的參數(shù)變化很大時(shí)，局部閉環(huán)可以削弱它的影響。一般局部閉環(huán)是引入速度反饋。它還可改善以削弱它的影響。一般局部閉環(huán)是引入速度反饋。它還可改善系統(tǒng)的低速性能和動態(tài)品質(zhì)。系統(tǒng)的低速性能和動態(tài)品質(zhì)。 選擇局部閉環(huán)的原則如下：選擇局部閉

11、環(huán)的原則如下：一方面要包圍干擾作用點(diǎn)及參數(shù)一方面要包圍干擾作用點(diǎn)及參數(shù)變化較大的環(huán)節(jié)，同時(shí)又不要使局部閉環(huán)的階次過高變化較大的環(huán)節(jié)，同時(shí)又不要使局部閉環(huán)的階次過高(一般不高一般不高于三階于三階)。121211222112( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )cccccGs Gs GsCsR sGsGs GsGsGsCsNsGsGs GsGs 3、復(fù)合控制、復(fù)合控制 反饋控制是按照被控參數(shù)的偏差進(jìn)行控制的，只有當(dāng)被控參反饋控制是按照被控參數(shù)的偏差進(jìn)行控制的，只有當(dāng)被控參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，才能形成偏差，從而才有控制作用。復(fù)合控制數(shù)發(fā)生變化時(shí)

12、，才能形成偏差，從而才有控制作用。復(fù)合控制則是在偏差出現(xiàn)以前，就產(chǎn)生控制作用，屬于開環(huán)控制方式。則是在偏差出現(xiàn)以前，就產(chǎn)生控制作用，屬于開環(huán)控制方式。 前饋控制又叫順饋控制或開環(huán)補(bǔ)償。引入前饋控制的目的之前饋控制又叫順饋控制或開環(huán)補(bǔ)償。引入前饋控制的目的之一是補(bǔ)償系統(tǒng)在跟蹤過程中產(chǎn)生的速度誤差，加速度誤差等。一是補(bǔ)償系統(tǒng)在跟蹤過程中產(chǎn)生的速度誤差，加速度誤差等。 補(bǔ)償控制是對外界干擾進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)外界干擾可量測時(shí)，通補(bǔ)償控制是對外界干擾進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)外界干擾可量測時(shí)，通過補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，引入補(bǔ)償信號可以抵消干擾作用對輸出的影響。過補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，引入補(bǔ)償信號可以抵消干擾作用對輸出的影響。 對干擾實(shí)現(xiàn)了完全的不

13、變性。對干擾實(shí)現(xiàn)了完全的不變性。 G1(s)G2(s)G3(s)rc_G4(s)+G5(s)n34431( )( )( )( ),( )( )N s G s G sN sG sG s 實(shí)現(xiàn)：也即： 二、選擇方案的注意事項(xiàng)二、選擇方案的注意事項(xiàng) 選擇方案最基本的依據(jù)就是用戶對系統(tǒng)的主要技術(shù)要求。針選擇方案最基本的依據(jù)就是用戶對系統(tǒng)的主要技術(shù)要求。針對不同的使用環(huán)境，選擇方案的出發(fā)點(diǎn)就不同。對不同的使用環(huán)境，選擇方案的出發(fā)點(diǎn)就不同。 軍用伺服系統(tǒng)：工作品質(zhì)、可靠性和靈活性；軍用伺服系統(tǒng)：工作品質(zhì)、可靠性和靈活性； 民用伺服系統(tǒng)：長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；民用伺服系統(tǒng)：長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性； 系統(tǒng)運(yùn)行速度很高，

14、且經(jīng)常處于加速度狀態(tài)，對精度的要求系統(tǒng)運(yùn)行速度很高，且經(jīng)常處于加速度狀態(tài)，對精度的要求高時(shí)，可以設(shè)計(jì)二階無差度系統(tǒng)或者采用復(fù)合控制系統(tǒng)。高時(shí)，可以設(shè)計(jì)二階無差度系統(tǒng)或者采用復(fù)合控制系統(tǒng)。 負(fù)載調(diào)速范圍很寬時(shí)，一般選無槽電動機(jī)。高性能系統(tǒng)中，負(fù)載調(diào)速范圍很寬時(shí)，一般選無槽電動機(jī)。高性能系統(tǒng)中，一般選大慣量寬調(diào)速伺服電動機(jī)，采用直接耦合傳動方案。一般選大慣量寬調(diào)速伺服電動機(jī)，采用直接耦合傳動方案。 考慮電磁兼容性要求考慮電磁兼容性要求。 選擇方案應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的主要要求，初步擬定方案，進(jìn)行可行選擇方案應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的主要要求，初步擬定方案，進(jìn)行可行性分析、試驗(yàn)，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。有時(shí)需要構(gòu)思幾個(gè)方案進(jìn)行性

15、分析、試驗(yàn)，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。有時(shí)需要構(gòu)思幾個(gè)方案進(jìn)行對比、優(yōu)化，方案確定后便可按照設(shè)計(jì)步驟逐項(xiàng)進(jìn)行，并在試驗(yàn)對比、優(yōu)化，方案確定后便可按照設(shè)計(jì)步驟逐項(xiàng)進(jìn)行，并在試驗(yàn)中作局部修改。中作局部修改。伺服電機(jī)選擇伺服電機(jī)選擇 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，可采用電動機(jī)、液壓泵和液壓馬達(dá)、伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，可采用電動機(jī)、液壓泵和液壓馬達(dá)、氣動設(shè)備、電磁離合器等。氣動設(shè)備、電磁離合器等。 對執(zhí)行電機(jī)的要求如下：對執(zhí)行電機(jī)的要求如下： (1)滿足負(fù)載運(yùn)動的要求（提供足夠的力矩和功率）滿足負(fù)載運(yùn)動的要求（提供足夠的力矩和功率） (2) 正反轉(zhuǎn)，起停，保證系統(tǒng)的快速運(yùn)動正反轉(zhuǎn)，起停，保證系統(tǒng)的快速運(yùn)動 (3) 調(diào)速范

16、圍調(diào)速范圍 (4) 功率消耗、尺寸要求功率消耗、尺寸要求 確定電機(jī)類型、額定輸入輸出參數(shù)確定電機(jī)類型、額定輸入輸出參數(shù) 額定電壓額定電壓UR、額定電流、額定電流IR、額定功率、額定功率PR、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速nR 控制方式控制方式 電機(jī)到負(fù)載之間傳動裝置的類型、速比、傳動級數(shù)和速比分電機(jī)到負(fù)載之間傳動裝置的類型、速比、傳動級數(shù)和速比分配，估算傳動裝置的轉(zhuǎn)動慣量和傳動效率。配，估算傳動裝置的轉(zhuǎn)動慣量和傳動效率。 一、伺服電動機(jī)的類型一、伺服電動機(jī)的類型 直流伺服電動機(jī)、低速大扭矩寬調(diào)速電機(jī)、兩相異步電機(jī)、直流伺服電動機(jī)、低速大扭矩寬調(diào)速電機(jī)、兩相異步電機(jī)、三相異步電機(jī)、同步電機(jī)、滑差電機(jī)、力矩電

17、機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。三相異步電機(jī)、同步電機(jī)、滑差電機(jī)、力矩電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。 1.直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī) 直流伺服電動機(jī)按勵(lì)磁方式分：他激、串激、并激直流伺服電動機(jī)按勵(lì)磁方式分：他激、串激、并激 ?？刂?。控制方式分電樞控制和磁場控制兩大類。方式分電樞控制和磁場控制兩大類。 電樞控制電樞控制易獲得較平直的機(jī)械特性，有較寬的調(diào)速范圍。功易獲得較平直的機(jī)械特性，有較寬的調(diào)速范圍。功率范圍幾百瓦至幾十千瓦。率范圍幾百瓦至幾十千瓦。 nMU1U2U3MR磁場控制磁場控制分電樞電壓保持不變和電樞電流保持不變兩種。分電樞電壓保持不變和電樞電流保持不變兩種。 電樞電壓為常值，功率在幾百瓦電機(jī)，具有弱磁電樞電壓為

18、常值，功率在幾百瓦電機(jī)，具有弱磁升升速特性。在速特性。在幾十瓦以內(nèi)，且負(fù)載力矩幾十瓦以內(nèi)，且負(fù)載力矩MR較大，負(fù)載特性處于機(jī)械特性匯交點(diǎn)較大，負(fù)載特性處于機(jī)械特性匯交點(diǎn)的右邊，可以實(shí)現(xiàn)弱磁的右邊，可以實(shí)現(xiàn)弱磁降降速，激磁電流速，激磁電流IR近似與轉(zhuǎn)速成正比，可近似與轉(zhuǎn)速成正比，可用于可逆連續(xù)調(diào)速場合。調(diào)速范圍和調(diào)節(jié)特性的線性度均遠(yuǎn)不如用于可逆連續(xù)調(diào)速場合。調(diào)速范圍和調(diào)節(jié)特性的線性度均遠(yuǎn)不如電樞控制。電樞控制。 電樞電流保持不變的磁場控制，只能用于幾瓦至十幾瓦的小功電樞電流保持不變的磁場控制，只能用于幾瓦至十幾瓦的小功率電機(jī)，只有加較深的速度負(fù)反饋系統(tǒng)才可獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。在率電機(jī)，只有加較深的速

19、度負(fù)反饋系統(tǒng)才可獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。在只有輸出力矩只有輸出力矩(轉(zhuǎn)速可以為零轉(zhuǎn)速可以為零)的場合比較適用的場合比較適用 。 nMnMMRMR11223123直流他激伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩直流他激伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩慣量比是很小的，已不能適應(yīng)慣量比是很小的，已不能適應(yīng)現(xiàn)代伺服控制技術(shù)要求現(xiàn)代伺服控制技術(shù)要求.兩種高性能的小慣量高速直流伺服電動機(jī)兩種高性能的小慣量高速直流伺服電動機(jī) (1)小慣量無槽電樞直流伺服電動機(jī)小慣量無槽電樞直流伺服電動機(jī) 無槽電樞直流伺服電動機(jī)又稱表面繞組電樞直流伺服電動無槽電樞直流伺服電動機(jī)又稱表面繞組電樞直流伺服電動機(jī)。結(jié)構(gòu)不同之處在于電樞的鐵心表面無槽，電樞繞組與鐵心成機(jī)。結(jié)構(gòu)不同

20、之處在于電樞的鐵心表面無槽，電樞繞組與鐵心成為一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體，電樞繞組均勻分布在鐵心表面上，大大縮小為一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體，電樞繞組均勻分布在鐵心表面上，大大縮小了電樞直徑，減小了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。了電樞直徑，減小了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。換向性能改善，過載能力換向性能改善，過載能力加強(qiáng)。改善低速平穩(wěn)性、擴(kuò)大了調(diào)速范圍。加強(qiáng)。改善低速平穩(wěn)性、擴(kuò)大了調(diào)速范圍。 具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有以下優(yōu)點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，普通電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，普通電機(jī)1/10，電磁時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快，電磁時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載能力強(qiáng)，最大轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大慣量比大，過載能力強(qiáng)，最大轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大10倍倍 低速性能好，轉(zhuǎn)矩

21、波動小，線性度好，摩擦小，調(diào)整范圍可達(dá)低速性能好，轉(zhuǎn)矩波動小，線性度好，摩擦小，調(diào)整范圍可達(dá)數(shù)千比一。數(shù)千比一。 具有以下缺點(diǎn)：具有以下缺點(diǎn)： 轉(zhuǎn)速高，作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動機(jī)仍需減速器轉(zhuǎn)速高，作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動機(jī)仍需減速器 氣隙大，安匝數(shù)多，效率低。慣量小、熱容量較小，過載氣隙大，安匝數(shù)多，效率低。慣量小、熱容量較小，過載時(shí)間不能太長。時(shí)間不能太長。 由于電機(jī)本身轉(zhuǎn)動慣量小，負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量可能要占系統(tǒng)總由于電機(jī)本身轉(zhuǎn)動慣量小，負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量可能要占系統(tǒng)總慣量中較大成份。負(fù)載轉(zhuǎn)慣量發(fā)生變化時(shí)，影響系統(tǒng)的動態(tài)性慣量中較大成份。負(fù)載轉(zhuǎn)慣量發(fā)生變化時(shí)，影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。慣量匹配問題。能。慣量匹配問

22、題。 無槽電樞直流伺服電動機(jī)是一種大功率直流伺服電動無槽電樞直流伺服電動機(jī)是一種大功率直流伺服電動機(jī)，主要用于需要快速動作，功率較大的伺服系統(tǒng)中，機(jī)，主要用于需要快速動作，功率較大的伺服系統(tǒng)中，如雷達(dá)天線的驅(qū)動、自行火炮、導(dǎo)彈發(fā)射架驅(qū)動、計(jì)算如雷達(dá)天線的驅(qū)動、自行火炮、導(dǎo)彈發(fā)射架驅(qū)動、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備以及數(shù)控機(jī)床等方面都有應(yīng)用實(shí)例。機(jī)外圍設(shè)備以及數(shù)控機(jī)床等方面都有應(yīng)用實(shí)例。 (2)空心杯電樞直流伺服電動機(jī)空心杯電樞直流伺服電動機(jī) 空心杯電樞直流伺服電動機(jī)是一種轉(zhuǎn)動慣量更小的直流伺服電空心杯電樞直流伺服電動機(jī)是一種轉(zhuǎn)動慣量更小的直流伺服電動機(jī)，為動機(jī)，為“超低慣量伺服電動機(jī)超低慣量伺服電動機(jī)”。

23、低轉(zhuǎn)動慣量，起動時(shí)間常數(shù)可達(dá)低轉(zhuǎn)動慣量，起動時(shí)間常數(shù)可達(dá)1ms以下。轉(zhuǎn)矩以下。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比轉(zhuǎn)動慣量比很大，角加速度可達(dá)很大，角加速度可達(dá)106rad/s2。 靈敏度高，快速性好，速度調(diào)節(jié)方便，始動電壓在靈敏度高，快速性好，速度調(diào)節(jié)方便，始動電壓在100mV以下以下 損耗小、效率高。效率可達(dá)損耗小、效率高。效率可達(dá)80%或更高。或更高。 繞組均勻分布，無齒槽效應(yīng)，轉(zhuǎn)矩波動小，低速平穩(wěn)，噪聲小繞組均勻分布，無齒槽效應(yīng)，轉(zhuǎn)矩波動小，低速平穩(wěn)，噪聲小 繞組的散然條件好，其電流密度可取到繞組的散然條件好，其電流密度可取到30A/mm。 轉(zhuǎn)子無鐵心，電樞電感很小，換向性能很好，提高使用壽命轉(zhuǎn)子無鐵心，電

24、樞電感很小，換向性能很好，提高使用壽命 空心杯形電樞直流伺服電動機(jī)輸出功率從零點(diǎn)幾瓦到幾千瓦，空心杯形電樞直流伺服電動機(jī)輸出功率從零點(diǎn)幾瓦到幾千瓦，多用于高精度的伺服系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中，如電視攝像機(jī)、多用于高精度的伺服系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中，如電視攝像機(jī)、各種錄單機(jī)、各種錄單機(jī)、X-Y函數(shù)記錄儀、數(shù)控機(jī)床等機(jī)電一化設(shè)備中。函數(shù)記錄儀、數(shù)控機(jī)床等機(jī)電一化設(shè)備中。 2.低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī) 低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)是在過去軍用低速力矩電動機(jī)經(jīng)驗(yàn)的低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)是在過去軍用低速力矩電動機(jī)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電動機(jī)。相對于前面的小慣量電動機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一

25、種新型電動機(jī)。相對于前面的小慣量電動機(jī)而言，大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)具有下列特點(diǎn)：而言，大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)具有下列特點(diǎn)： 高轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比，從而提供了極高的加速度和快速響應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量比，從而提供了極高的加速度和快速響應(yīng) 高熱容量，使電機(jī)在自然冷卻全封閉條件下，仍能長時(shí)間過載高熱容量，使電機(jī)在自然冷卻全封閉條件下，仍能長時(shí)間過載 電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩和低速特性使得它可與對象直接耦合電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩和低速特性使得它可與對象直接耦合 電動機(jī)在大的加速度和過載情況下，有良好的換向。電動機(jī)在大的加速度和過載情況下，有良好的換向。 電動機(jī)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證有長的壽命和高的可靠性。電動機(jī)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證

26、有長的壽命和高的可靠性。 采用能承受重載荷的軸和軸承，使得電動機(jī)在加、減速和低速采用能承受重載荷的軸和軸承，使得電動機(jī)在加、減速和低速大轉(zhuǎn)矩時(shí)能承受最大峰值轉(zhuǎn)矩。大轉(zhuǎn)矩時(shí)能承受最大峰值轉(zhuǎn)矩。 電動機(jī)內(nèi)安裝有高精度和高可靠性的反饋元件電動機(jī)內(nèi)安裝有高精度和高可靠性的反饋元件脈沖編碼器脈沖編碼器或多極旋轉(zhuǎn)變壓器和低紋波測速發(fā)電機(jī)。或多極旋轉(zhuǎn)變壓器和低紋波測速發(fā)電機(jī)。 3.兩相異步電動機(jī)兩相異步電動機(jī) 兩相異步電動機(jī)在幾十瓦以內(nèi)的小功率隨動系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)兩相異步電動機(jī)在幾十瓦以內(nèi)的小功率隨動系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用?？刂品绞椒址悼刂坪拖辔豢刂?。中被廣泛應(yīng)用?？刂品绞椒址悼刂坪拖辔豢刂?。 兩相異

27、步電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，本身摩擦力矩小，比兩相異步電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，本身摩擦力矩小，比較靈敏。具有杯型轉(zhuǎn)子的兩相異步機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小，因而快速較靈敏。具有杯型轉(zhuǎn)子的兩相異步機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小，因而快速響應(yīng)特性好，常見于儀表隨動系統(tǒng)中。響應(yīng)特性好，常見于儀表隨動系統(tǒng)中。 4.三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī) 三相異步電動機(jī)控制方式有多種，如變頻調(diào)速、變電壓調(diào)速、三相異步電動機(jī)控制方式有多種，如變頻調(diào)速、變電壓調(diào)速、串級調(diào)速、脈沖調(diào)速等。變頻調(diào)速可獲得比較平直的機(jī)械特串級調(diào)速、脈沖調(diào)速等。變頻調(diào)速可獲得比較平直的機(jī)械特性，調(diào)速范圍比較寬但控制線路復(fù)雜。該調(diào)速方法目前已得性，調(diào)速范圍比較寬但控制線路復(fù)

28、雜。該調(diào)速方法目前已得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)中傳統(tǒng)使用的是利用可控硅實(shí)現(xiàn)變壓調(diào)速到廣泛應(yīng)用。工業(yè)中傳統(tǒng)使用的是利用可控硅實(shí)現(xiàn)變壓調(diào)速和串級調(diào)速，它只適用于線繞式轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)。變壓調(diào)和串級調(diào)速，它只適用于線繞式轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)。變壓調(diào)速和串級調(diào)速均在單向調(diào)速時(shí)采用，低速性能差且調(diào)速范圍速和串級調(diào)速均在單向調(diào)速時(shí)采用，低速性能差且調(diào)速范圍不寬。不寬。 與同功率的直流電機(jī)相比，三相異步電機(jī)的體積小、重量輕、與同功率的直流電機(jī)相比，三相異步電機(jī)的體積小、重量輕、價(jià)格便宜、維護(hù)簡單。價(jià)格便宜、維護(hù)簡單。 5.滑差電機(jī)滑差電機(jī)(亦稱轉(zhuǎn)差離合器亦稱轉(zhuǎn)差離合器) 滑差電機(jī)的主動部分由原動機(jī)帶動作單向等速運(yùn)轉(zhuǎn)，用

29、直流控滑差電機(jī)的主動部分由原動機(jī)帶動作單向等速運(yùn)轉(zhuǎn)，用直流控制它的激磁，激磁電流大小可調(diào)節(jié)其從動部分的轉(zhuǎn)速，從動部制它的激磁，激磁電流大小可調(diào)節(jié)其從動部分的轉(zhuǎn)速，從動部分帶動負(fù)載追隨主動部分，故只能單方向調(diào)速。其機(jī)械特性較分帶動負(fù)載追隨主動部分，故只能單方向調(diào)速。其機(jī)械特性較軟，調(diào)速范圍不大，低速性能較差，但控制線路簡單。軟，調(diào)速范圍不大，低速性能較差，但控制線路簡單。 6.步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 按激磁方式分永磁式、感應(yīng)式和反應(yīng)式。其中反應(yīng)式結(jié)構(gòu)簡單，按激磁方式分永磁式、感應(yīng)式和反應(yīng)式。其中反應(yīng)式結(jié)構(gòu)簡單，用得較為普遍。目前工業(yè)上多用于小功率場合，步進(jìn)電機(jī)特別用得較為普遍。目前工業(yè)上多用于小功率場

30、合，步進(jìn)電機(jī)特別適合于增量控制，在機(jī)床進(jìn)刀系統(tǒng)中廣泛采用。適合于增量控制，在機(jī)床進(jìn)刀系統(tǒng)中廣泛采用。 7.力矩電機(jī)力矩電機(jī) 力矩電機(jī)分直流和交流兩種。它在原理上與他激直流電機(jī)和兩力矩電機(jī)分直流和交流兩種。它在原理上與他激直流電機(jī)和兩相異步電機(jī)一樣，只是在結(jié)構(gòu)和性能上有所不同，比較適合于相異步電機(jī)一樣，只是在結(jié)構(gòu)和性能上有所不同，比較適合于低速調(diào)速系統(tǒng)，甚至可長期工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)只輸出力矩，因此低速調(diào)速系統(tǒng)，甚至可長期工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)只輸出力矩，因此它可以直接與控制對象相聯(lián)而不需減速裝置。它可以直接與控制對象相聯(lián)而不需減速裝置。 8.直流無刷電動機(jī)直流無刷電動機(jī) 直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性

31、的線性度好，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大矩大(力矩電機(jī)力矩電機(jī))，控制方法簡單，其缺點(diǎn)是有換向器和電刷。，控制方法簡單，其缺點(diǎn)是有換向器和電刷。 兩相伺服電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是沒有換向器和電刷，缺點(diǎn)是機(jī)械特性兩相伺服電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是沒有換向器和電刷，缺點(diǎn)是機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性具有嚴(yán)重的非線性，轉(zhuǎn)矩小，效率低。和調(diào)節(jié)特性具有嚴(yán)重的非線性，轉(zhuǎn)矩小，效率低。 兩者的結(jié)合，在現(xiàn)今已得以實(shí)現(xiàn)。兩者的結(jié)合，在現(xiàn)今已得以實(shí)現(xiàn)。 這種電動機(jī)用電子換向開關(guān)電路和位置傳感器代替電刷和換向這種電動機(jī)用電子換向開關(guān)電路和位置傳感器代替電刷和換向器，這使直流無刷電動機(jī)既具有直流電動機(jī)的機(jī)械特性，

32、調(diào)節(jié)特器，這使直流無刷電動機(jī)既具有直流電動機(jī)的機(jī)械特性，調(diào)節(jié)特性，又具有交流電動機(jī)的維護(hù)方便，運(yùn)行可靠、沒有電磁干擾等性，又具有交流電動機(jī)的維護(hù)方便，運(yùn)行可靠、沒有電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括電子換向器在內(nèi)的體積較大，轉(zhuǎn)缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括電子換向器在內(nèi)的體積較大，轉(zhuǎn)矩波動大，低速時(shí)轉(zhuǎn)速的均勻性差。控制用無刷直流電動機(jī)包括矩波動大，低速時(shí)轉(zhuǎn)速的均勻性差。控制用無刷直流電動機(jī)包括無刷直流伺服電動機(jī)和無刷直流力矩電動機(jī)。無刷直流伺服電動機(jī)和無刷直流力矩電動機(jī)。 二、伺服電動機(jī)的選擇二、伺服電動機(jī)的選擇 1、基本依據(jù)基本依據(jù) （1）典型負(fù)載）典型負(fù)載 干摩擦力矩干摩擦力矩

33、 Mc= Mc sign (Nm) 慣性力矩慣性力矩 ML=JJ=J(d=J(d/dt/dt) ) (Nm) 粘性摩擦力矩粘性摩擦力矩 M = 2N (Nm) 重力力矩重力力矩 M G = GL (Nm) 彈性力矩彈性力矩 M K = K (Nm) 風(fēng)阻力矩風(fēng)阻力矩 Mf = f (Nm) （2）描述與定量分析）描述與定量分析 典型負(fù)載與其運(yùn)動參數(shù)（典型負(fù)載與其運(yùn)動參數(shù)（ ）有關(guān)，若對象運(yùn)動有規(guī)）有關(guān)，若對象運(yùn)動有規(guī)律，則可用簡單數(shù)學(xué)形式來描述；律，則可用簡單數(shù)學(xué)形式來描述； 多數(shù)被控對象的運(yùn)動形態(tài)是隨記得，工程采用近似方法，選多數(shù)被控對象的運(yùn)動形態(tài)是隨記得，工程采用近似方法，選取有代表性的工

34、況作定量分析；取有代表性的工況作定量分析；2 長期運(yùn)行電機(jī)發(fā)熱狀態(tài)長期運(yùn)行電機(jī)發(fā)熱狀態(tài) 短時(shí)超載短時(shí)超載 系統(tǒng)極限運(yùn)動的承載能力系統(tǒng)極限運(yùn)動的承載能力 根據(jù)動態(tài)性能要求檢驗(yàn)電機(jī)的響應(yīng)能力根據(jù)動態(tài)性能要求檢驗(yàn)電機(jī)的響應(yīng)能力 被控對象運(yùn)動與電機(jī)運(yùn)動是同時(shí)進(jìn)行的，既要克服對象的負(fù)被控對象運(yùn)動與電機(jī)運(yùn)動是同時(shí)進(jìn)行的，既要克服對象的負(fù)載，也要克服電機(jī)自身的負(fù)載。載，也要克服電機(jī)自身的負(fù)載。 （3）銘牌定量計(jì)算方法）銘牌定量計(jì)算方法 產(chǎn)品單位要用國際單位統(tǒng)一。產(chǎn)品單位要用國際單位統(tǒng)一。 a)力矩電機(jī)力矩電機(jī) 產(chǎn)品參數(shù)，以產(chǎn)品參數(shù)，以LY系列永磁力矩電機(jī)目錄為例系列永磁力矩電機(jī)目錄為例輸出參數(shù)：輸出參數(shù)：峰

35、值堵轉(zhuǎn)力矩峰值堵轉(zhuǎn)力矩Mmbl、最大空載轉(zhuǎn)速、最大空載轉(zhuǎn)速nm0(對應(yīng)對應(yīng)Um的實(shí)的實(shí) 際空載轉(zhuǎn)速際空載轉(zhuǎn)速)、連續(xù)堵轉(zhuǎn)力矩、連續(xù)堵轉(zhuǎn)力矩Mcbl；輸入?yún)?shù)：輸入?yún)?shù)：峰值堵轉(zhuǎn)電流峰值堵轉(zhuǎn)電流Imbl、峰值堵轉(zhuǎn)電壓、峰值堵轉(zhuǎn)電壓Um、連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流、連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流 Icbl和電壓和電壓Uc；電機(jī)參數(shù)：電機(jī)參數(shù)：電勢系數(shù)電勢系數(shù)Ce、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Jr、電磁時(shí)間常數(shù)、電磁時(shí)間常數(shù)Ti 計(jì)算公式計(jì)算公式0000()9 .5 5miem b lr cimimam b leemeUnCMMnnnURIKCKK理 想 空 載 轉(zhuǎn) 速自 摩 擦 轉(zhuǎn) 矩電 樞 電 阻電 機(jī) 反 電 勢 常 數(shù)電 磁

36、 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù)nM0inmblMcblM0nmUcU b)直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)輸出參數(shù)：輸出參數(shù)：額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩MR、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速nR、額定功率、額定功率PR；輸入?yún)?shù)：輸入?yún)?shù)：電樞電流電樞電流IR、電樞電壓、電樞電壓UR、激磁電流、激磁電流If和電壓和電壓Uf；電機(jī)參數(shù)：電機(jī)參數(shù)：電樞轉(zhuǎn)動慣量電樞轉(zhuǎn)動慣量Jr、或轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩、或轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式計(jì)算公式2GD22:23 .8 2:9 .5 5 ()9 .5 54RRRRaRappRRRRaeRmeRRRRRrrcmRRUIPRIULnnnIUIRKnKKPPMnG DJMKIM電 樞 電 阻電 樞 電 感，極 對 數(shù)電 勢

37、 常 數(shù) ：電 磁 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù)額 定 轉(zhuǎn) 矩 ：轉(zhuǎn) 動 慣 量 :自 身 摩 擦 力 矩 ： c)兩相異步電機(jī)兩相異步電機(jī)輸出參數(shù)：輸出參數(shù)：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Mbl、空載轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速n0、額定輸出功率、額定輸出功率PR；輸入?yún)?shù)：輸入?yún)?shù)：頻率頻率f、 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流Ibl、 額定控制電壓額定控制電壓UR、 激磁電壓激磁電壓Uf、 每相輸入功率每相輸入功率P；電機(jī)參數(shù)：電機(jī)參數(shù)：電機(jī)時(shí)間常數(shù)電機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm、極對數(shù)、極對數(shù)計(jì)算公式計(jì)算公式2001()29 .5 5(/ m in )9 .5 5(,/)Rb lRRRmb lrMMN mPnrMTMJkgmnra dsn單 位 2、單軸傳

38、動執(zhí)行電機(jī)選擇、單軸傳動執(zhí)行電機(jī)選擇 電機(jī)與負(fù)載直接對接（無減速器）電機(jī)與負(fù)載直接對接（無減速器）例例1：探測器方位角跟蹤系統(tǒng)探測器方位角跟蹤系統(tǒng)22lim21120 /120 /200 /200.14.44t0.5 ,mmmcssseMNmJKgmss最 大 跟 蹤 角 速 度 :最 大 跟 蹤 角 加 速 度 ：最 大 角 加 速 度 ：最 大 跟 蹤 角 差 ：探 測 器 負(fù) 載 干 摩 擦 ：，零 初 始 狀 態(tài) 下 ， 1(t)作 用 ， 要 求選 電 機(jī) 。222120 /1202.09/3602120 /1202.09/360mmsradssrads解 :（ 1） 換 算 單 位

39、22lim2200 /2003.5/36020220()0.005860360msradserad0(2)20 /min,25055,2002009.80.0119.64.044880 /min8.38/1301309.80.0112.742.6331.40.51/( /min)360mblmblmmcblmblcrrLYMkg cmN mIAUVnrrad sMkg cmN mIAUVVrJge選電機(jī)低速力矩電機(jī)，直接對接選其參數(shù)如下：最大空載轉(zhuǎn)速：電勢系數(shù):C232360 100.01 9.80.03528cm skg m0(3)48 29.84/0.51 60miUnradse計(jì)算與校核

40、C理想空載轉(zhuǎn)速; 006.4/cimUnnradsU 對應(yīng)連續(xù)空載轉(zhuǎn)速：0002221222()2.91()()21(0.1 2.9)(4.440.03528)2.0927.29mblrcimirmscrcrmMMnnNmnMMMJJNm檢驗(yàn)電機(jī)發(fā)熱，等效轉(zhuǎn)矩(,)(2.09,7.29)mrmsM在連續(xù)堵轉(zhuǎn)的機(jī)械特性附近，滿足要求。0in0ncblMmblMnM9.846.419.612.74m2.09rmsM7.29mUcU1lim1()()(0.1 2.9)(4.44 0.03528) 3.5 18.66()25.22/()1.4,610t0.51220/tcrcrmblmblcrcmrM

41、MMJJNmMMMMrad seJJsrad skkcismcls以做運(yùn)行，檢驗(yàn)快速性要求，電機(jī)軸上承受總負(fù)載力矩檢驗(yàn)執(zhí)行電機(jī)相應(yīng)頻率一般才符合要求。，根據(jù)，滿足要求。 例例2 小車在鋼軌上運(yùn)動，需要電機(jī)驅(qū)動，已知小車在鋼軌上運(yùn)動，需要電機(jī)驅(qū)動，已知: 小車滿載重量：小車滿載重量： G=500N，車輪半徑：，車輪半徑：R=0.2m 軌跡滾動摩擦系數(shù)：軌跡滾動摩擦系數(shù)：f=0.002要求：車速可逆，要求：車速可逆，vm=1.2m/s，am=0.2m/ss 系統(tǒng)最大誤差：系統(tǒng)最大誤差：m0.1m零初始狀態(tài)，零初始狀態(tài)，1(t)作用，作用，ts 3s，選電機(jī)直接驅(qū)動。，選電機(jī)直接驅(qū)動。解解（1）轉(zhuǎn)換

42、）轉(zhuǎn)換 直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動22225000.22.049.8500 0.002 0.20.21.2606/657 /min0.220.21/0.20.10.50.2LcmmmmmmGJRKg mgMGfRN mvrad srRarad sReradR 車輪等效轉(zhuǎn)動慣量：車輪摩擦轉(zhuǎn)矩: （2）選電機(jī)）選電機(jī) 160LY55 直接連接，參數(shù)如下直接連接，參數(shù)如下:02320757.352.548130 /min13.6/52.55.151.7533.6868.43 1040.308 /( /min)48155.8( /min)16.30.308mblmblmmcblcbl

43、criemieMKg cmN mIAUVnrrad sMKg cmN mIAUVJg cm sKg mTmsCVrUnrC轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量：電磁關(guān)系：理想空載轉(zhuǎn)速:00000/7.35()(16.3 13.6)1.2216.333.8155.8109 /min11.4/48mblmblimicimrad sMMnnN mnUnnrrad sU 電機(jī)摩擦力矩：連續(xù)空載轉(zhuǎn)速： （3）校驗(yàn)）校驗(yàn) 檢驗(yàn)發(fā)熱溫升檢驗(yàn)發(fā)熱溫升 沒有提出最大加速度要求，只在誤差范圍內(nèi)考慮。沒有提出最大加速度要求，只在誤差范圍內(nèi)考慮。 動態(tài)性能（帶寬）動態(tài)性能（帶寬）0in0ncblMmblMnM16.311.47.355.15

44、m6rmsM2.02mUcU22212221()()21(1.220.2)(2.040.00843)122.02rmscrcrmMMMJJNm(,)(6,2.02)mrmsM在連續(xù)堵轉(zhuǎn)的機(jī)械特性附近，滿足要求。1()7.35 (0.2 1.22)2.4/()0.5 (2.020.00843)610t323.33/1.4tmblcrcmrMMMrad seJJsrad sksckcs，根據(jù)，不滿足要求 在不增大電機(jī)外徑的前提下，重新選電機(jī)。在不增大電機(jī)外徑的前提下，重新選電機(jī)。160LYX020222122219.6548120 / min12.6/328.80.01521.221()()21(

45、1.220.2)(2.040.015)12.032(mblmblmicblcrimrcrcrmscrcrmmblcMN mIAUVnrrad sIAUVJKg mTmsnMMN mMMMJJN mMMk沒有的參數(shù)，無法估計(jì)，考慮尺寸一樣，認(rèn)為不變。1)19.6(0.21.22)4.2/()0.5(2.040.015)610t323.33/1.4trcmrMrad seJJsrad ssckcs，根據(jù)，滿足要求 3、多軸傳動執(zhí)行電機(jī)選擇、多軸傳動執(zhí)行電機(jī)選擇 m/ L=i1，力矩關(guān)系：，力矩關(guān)系：1/(i) 其中其中589.2w輸入?yún)?shù)：輸入?yún)?shù)：電樞電流電樞電流IR=8.2A ; 電樞電壓電樞

46、電壓UR=110V; 電壓電壓Uf=220V電機(jī)參數(shù)：電機(jī)參數(shù)：轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩 =0.053 可得可得: 電樞轉(zhuǎn)動慣量電樞轉(zhuǎn)動慣量Jr= /4=0.01325估算：估算：2GD2Kg m2GD2Kg m21.05()29.55()0.387()0.387(/)9.552.9()0.273()RRRRaRRaeRmeRRRRRrcmRRUIPRIUI RKVsnKKNmAPPMNmnMKIMNm電 樞 電 阻 ：電 勢 常 數(shù) ：電 磁 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù) ：額 定 轉(zhuǎn) 矩 ：摩 擦 力 矩 ： 傳動比傳動比傳動裝置采用三級圓柱齒輪和一級渦輪蝸桿傳動，總效率為傳動裝置采用三級圓柱齒輪和一級

47、渦輪蝸桿傳動，總效率為: 因?yàn)殡姍C(jī)功率小，取傳動轉(zhuǎn)動慣量因?yàn)殡姍C(jī)功率小，取傳動轉(zhuǎn)動慣量Jp=0.1Jr=0.001325 (3)驗(yàn)證驗(yàn)證 溫升發(fā)熱驗(yàn)證：溫升發(fā)熱驗(yàn)證：261.86230.42Rmi30.960.80.72Kg m22222222221()()214216394(0.273)(0.01325 1.1)6230.0875623 0.726230.71.586()2.9()cLrmsrcprmRMJMMJJiiiN mMN m所選電機(jī)滿足發(fā)熱要求。短時(shí)極限承受力驗(yàn)證短時(shí)極限承受力驗(yàn)證:動態(tài)頻帶驗(yàn)證動態(tài)頻帶驗(yàn)證: lim22()()1426394(0.273)(0.01325 1.1)

48、 623 0.0875623 0.76230.75.57()(35) 2.98.714.5()cLrcprRMJMMJJiiiN mMN m 可見，電機(jī)有足夠的短期超載能力。取 =4。322681.2 ,58.33/142()4 2.9 (0.273)623 0.763945.23 10623 (0.01325 1.1)()6230.79.41(/ )1.411.66/scscRrckLmprkctsrad stMMMiJeiJJirad srad s =7，在其范圍內(nèi)，滿足要求。例例4 小功率伺服系統(tǒng)，已知小功率伺服系統(tǒng)，已知:解解: (1)單位換算單位換算 (2)初選電機(jī)初選電機(jī)2222l

49、im2100 /1.745/100 /1.745/180 /3.14/20.0350.11.5t1 ,mmmcLsrad ssrad ssrad seradMN mJKg mss最大跟蹤角速度:最大跟蹤角加速度：最大角加速度：最大跟蹤角差：負(fù)載干摩擦：，零初始狀態(tài)下，1(t)作用，要求選電機(jī)。2()2(0.11.51.745)1.7459.54()RcLmmPMJW 選選f=400Hz兩相異步電機(jī)兩相異步電機(jī)70sL01，其參數(shù)如下，其參數(shù)如下:輸出參數(shù)：輸出參數(shù)：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Mbl=1000gcm=0.098Nm 空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速n0=4800r/min=502.6rad/s 額定輸出功

50、率額定輸出功率PR=16w9.54w輸入?yún)?shù)：輸入?yún)?shù)：頻率頻率f=400Hz、額定控制電壓額定控制電壓UC=115V 激磁電壓激磁電壓Uf=115v、激磁電流、激磁電流If=1.1A電機(jī)參數(shù)：電機(jī)參數(shù)：電機(jī)時(shí)間常數(shù)電機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm=25ms=0.025s可求得可求得;62010.5 0.0980.04929.559.55 163100 /min324.6/0.0499.559.55 0.025 0.0984.87 10502.6RblRRRmblrMMN mPnrrad sMT MJKg mn傳動比傳動比傳動裝置采用四級圓柱齒輪傳動，總效率為傳動裝置采用四級圓柱齒輪傳動，總效率為: 取傳動轉(zhuǎn)

51、動慣量取傳動轉(zhuǎn)動慣量Jp和測速發(fā)電機(jī)和測速發(fā)電機(jī)Jc 折合到電機(jī)后，總轉(zhuǎn)動慣量為折合到電機(jī)后，總轉(zhuǎn)動慣量為 (3)驗(yàn)證驗(yàn)證 溫升發(fā)熱驗(yàn)證：溫升發(fā)熱驗(yàn)證：3 2 4 .61 8 61 .7 4 5Rmi40.960.85662224.87 109 74 10rJKg m.222222622221()()20.111.5()(9.74 10)1861.745186 0.8521860.850.014()0.049()rccLrmsrcprmRMMJMMJJiiiN mMN m較小，忽略。所選電機(jī)滿足發(fā)熱要求。短時(shí)極限承受力驗(yàn)證短時(shí)極限承受力驗(yàn)證:動態(tài)頻帶驗(yàn)證動態(tài)頻帶驗(yàn)證: lim262()()0.

52、11.5(9.74 10) 1863.141860.851860.850.036()0 098()cLrcprblMJMMJJiiiN mMN m .可見，電機(jī)有足夠的短期超載能力。622681 ,68/0.1()0.098186 0.851.50.035 186 (9.74 10)()1860.8517(/ )1.48 414/scscblrckLmprkctsrad stMMMiJeiJJirad srad s = .，在其范圍內(nèi)，滿足要求。伺服檢測裝置的選擇伺服檢測裝置的選擇 在伺服系統(tǒng)中，測量裝置的作用是產(chǎn)生一個(gè)與被檢測量等效在伺服系統(tǒng)中，測量裝置的作用是產(chǎn)生一個(gè)與被檢測量等效的電信號

53、的電信號(如直流電流、直流電壓等如直流電流、直流電壓等)，以控制系統(tǒng)工作。，以控制系統(tǒng)工作。 在信號的變化過程中，測量裝置會給伺服系統(tǒng)帶來誤差。測在信號的變化過程中，測量裝置會給伺服系統(tǒng)帶來誤差。測量裝置自身的精度或分辯率對整個(gè)伺服控制系統(tǒng)精度的關(guān)系量裝置自身的精度或分辯率對整個(gè)伺服控制系統(tǒng)精度的關(guān)系很大。很大。 對測量裝置的主要要求：對測量裝置的主要要求：(1)精度高，不靈敏區(qū)小，其誤差比整個(gè)系統(tǒng)允許誤差小得多；精度高，不靈敏區(qū)小，其誤差比整個(gè)系統(tǒng)允許誤差小得多；(2)被測量與電輸出信號之間在給定工作范圍內(nèi)具有線性關(guān)系；被測量與電輸出信號之間在給定工作范圍內(nèi)具有線性關(guān)系；(3) 要求輸出信號

54、中所含干擾成分要小；要求輸出信號中所含干擾成分要小；(4)輸出信號應(yīng)能在所要求的頻帶內(nèi)準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)被測量，盡量避輸出信號應(yīng)能在所要求的頻帶內(nèi)準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)被測量，盡量避免儲能元件造成的動態(tài)滯后；免儲能元件造成的動態(tài)滯后；(5)機(jī)電測量裝置自身的轉(zhuǎn)動慣量要小，摩擦轉(zhuǎn)矩要小；機(jī)電測量裝置自身的轉(zhuǎn)動慣量要小，摩擦轉(zhuǎn)矩要??；(6)測量裝置輸出的功率應(yīng)足夠高，以便能夠不失真地傳遞信號測量裝置輸出的功率應(yīng)足夠高，以便能夠不失真地傳遞信號和作進(jìn)一步的信號處理；和作進(jìn)一步的信號處理； 一、調(diào)速系統(tǒng)測量裝置的選擇一、調(diào)速系統(tǒng)測量裝置的選擇 調(diào)速系統(tǒng)需要測速反饋，測量輸出角速度調(diào)速系統(tǒng)需要測速反饋，測量輸出角速度并轉(zhuǎn)換

55、為對應(yīng)的電并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓信號，反饋回去與輸入信號進(jìn)行比較。壓信號，反饋回去與輸入信號進(jìn)行比較。 要求測速元件低速輸出穩(wěn)定，紋波小，線性度好。要求測速元件低速輸出穩(wěn)定，紋波小，線性度好。 模擬量測速元件，通常采用直流測速發(fā)電機(jī)模擬量測速元件，通常采用直流測速發(fā)電機(jī) 數(shù)字式測速元件，采用光電式脈沖發(fā)生器數(shù)字式測速元件，采用光電式脈沖發(fā)生器(亦稱增量編碼器亦稱增量編碼器) 介紹直流測速發(fā)電機(jī)，數(shù)字測速的原理和基本要求以及頻率介紹直流測速發(fā)電機(jī)，數(shù)字測速的原理和基本要求以及頻率/電壓電壓(F/V)變換器。變換器。 1、模擬測速元件、模擬測速元件直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)的型式直流

56、測速發(fā)電機(jī)的型式:永磁式、他勵(lì)式永磁式、他勵(lì)式 伺服系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機(jī)的要求伺服系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機(jī)的要求 a.輸出電壓和轉(zhuǎn)速的特性線性度要好；輸出電壓和轉(zhuǎn)速的特性線性度要好； b.輸出特性的斜率要大；輸出特性的斜率要大； c.溫度變化對輸出特性的影響要??；溫度變化對輸出特性的影響要??； d.輸出電壓的紋波要?。惠敵鲭妷旱募y波要?。?e.輸出特性的對稱性要一致。輸出特性的對稱性要一致。 直流測速發(fā)電機(jī)的誤差因素直流測速發(fā)電機(jī)的誤差因素 理想的測速發(fā)電機(jī)其輸出電壓理想的測速發(fā)電機(jī)其輸出電壓Ug與其轉(zhuǎn)軸的角速度與其轉(zhuǎn)軸的角速度成正比成正比 Ug=Kg直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信號直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信

57、號Ug中，包含有紋波分量或無用信號中，包含有紋波分量或無用信號Un(rip)(t)，稱為測速發(fā)電機(jī)的噪聲。它由以下的各種因素所引起：，稱為測速發(fā)電機(jī)的噪聲。它由以下的各種因素所引起： 換向紋波換向紋波 是構(gòu)成測速發(fā)電機(jī)噪聲的主要部分，它由測速發(fā)電是構(gòu)成測速發(fā)電機(jī)噪聲的主要部分，它由測速發(fā)電機(jī)電刷和換向器之間相對運(yùn)動引起的。在低速時(shí)影響尤為明顯。機(jī)電刷和換向器之間相對運(yùn)動引起的。在低速時(shí)影響尤為明顯。 電樞偏心電樞偏心 它產(chǎn)生周期性的有害信號，其基波頻率等于測速發(fā)它產(chǎn)生周期性的有害信號，其基波頻率等于測速發(fā)電機(jī)的角頻率。頻率相對比較低，對系統(tǒng)是有害的。與換向紋波電機(jī)的角頻率。頻率相對比較低，對系

58、統(tǒng)是有害的。與換向紋波相比，通常是較小的。相比，通常是較小的。 高頻噪聲高頻噪聲 對噪聲對噪聲Un(rip)(t)影響的第三個(gè)因素是高頻噪聲或稱影響的第三個(gè)因素是高頻噪聲或稱“白噪聲白噪聲”。它主要的是電磁感應(yīng)引起的。因?yàn)樾盘栴l率較高，。它主要的是電磁感應(yīng)引起的。因?yàn)樾盘栴l率較高，可可以濾除掉，對系統(tǒng)影響不大以濾除掉，對系統(tǒng)影響不大。 直流測速發(fā)電機(jī)反饋的速度伺服系統(tǒng)測量裝置的選擇直流測速發(fā)電機(jī)反饋的速度伺服系統(tǒng)測量裝置的選擇 Kr代表速度給定電位器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，系統(tǒng)傳遞系數(shù)代表速度給定電位器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，系統(tǒng)傳遞系數(shù)K為為 12(1)(1)KT sT sRrKiUFKfuU101m axm ax

59、m inm in0 m in0 m in0 m inm axm axm axm inm in( )lim(/)( )(/)()(1)1sfFopdFsKradsVUsUuKVradsnDnnnnnDnK K 反 饋 系 數(shù) ：系 統(tǒng) 調(diào) 速 范 圍 ：靜 差 率 ：=最 低 空 載 轉(zhuǎn) 速開 環(huán) 和 閉 環(huán) 速 降 的 關(guān) 系 ： 測速發(fā)電機(jī)的線性關(guān)系測速發(fā)電機(jī)的線性關(guān)系 低速時(shí)電動勢小，輸出有低速時(shí)電動勢小，輸出有“死區(qū)死區(qū)”。 根據(jù)輸出斜率根據(jù)輸出斜率KF和電刷接觸壓降和電刷接觸壓降Ud，可估算，可估算u f=f()特性的不靈敏特性的不靈敏區(qū)區(qū)dead=ud/KF。 選擇時(shí)，應(yīng)使不靈敏區(qū)選

60、擇時(shí)，應(yīng)使不靈敏區(qū)deadmin 選定以后，選定以后，KF為已知值。可按穩(wěn)態(tài)為已知值。可按穩(wěn)態(tài)要求求出需要的增益要求求出需要的增益K值。一般值。一般K值比穩(wěn)態(tài)要求的要高一些。值比穩(wěn)態(tài)要求的要高一些。 K確定后，當(dāng)系統(tǒng)輸出達(dá)到最大速度確定后，當(dāng)系統(tǒng)輸出達(dá)到最大速度max時(shí)，需要的最大輸時(shí)，需要的最大輸入信號入信號Uimax為為 Uimax=KFmax+max/K 系統(tǒng)可逆運(yùn)行時(shí)，給定電位器最大輸出電壓應(yīng)等于系統(tǒng)可逆運(yùn)行時(shí)，給定電位器最大輸出電壓應(yīng)等于Uimax，則電位器的電源電壓則電位器的電源電壓UgUimax。 選擇給定電位器和測速發(fā)電機(jī)要注意負(fù)載能力，使負(fù)載引起選擇給定電位器和測速發(fā)電機(jī)要注