伺服系统的动力方法设计

时间：2023-03-14作者：佚名

伺服系统的设计包括：
伺服系统的动力方法设计-静态设计
伺服电机型号和电机机械系统参数相互匹配。
控制理论方法设计-控制器参数和动态性能指标
一、惯量匹配：
（一）.等效负载惯量JL的计算
1.驱动回转体的转动惯量：

回转运动的动能：

根据能量守恒:

推广到对多轴系统：

2.直线运动物体的等效转动惯量：
以丝杠螺母带动工作台为例：
直线运动工作台的动能：
将此能量转换成电机轴回转运动的能量，根据能量守恒，

推广到对一般系统：

3.回转和直线联动装置的等效转动惯量：

（二）. 惯量匹配原则
1.步进电机的惯量匹配条件：

带惯性负载时的最大启动频率：

2.交、直流伺服电机的惯量匹配原则：
对于采用惯量较小的直流伺服电机的伺服系统
对于采用大惯量直流伺服电机的伺服系统

二、容量匹配：
（一）. 等效转矩的计算
1.等效负载转矩[TL]的计算
根据能量守恒原理：

有些机械装置中有负载作用的轴不止一个，此时

2.等效摩擦转矩[Tf]的计算
由于机械装置大部分损失的功率是克服摩擦力做功，所以等效摩擦力矩根据机械效率做近似估算：

3.等效惯性力矩[Ta]的计算
电机在变速时，需要一定的加速力矩。

（二）. 伺服电机容量匹配原则
1.步进电机的容量匹配

2.交直流伺服电机的容量匹配：
直流伺服电机的转矩-速度特性曲线分成连续工作区、断续工作区、加减速工作区，三个区用途不同，电机转矩的选择方法也不一样。工程上常根据电机发热条件的等效原则，将重复短时工作制等效于连续工作制的电机来选择。
三、速度匹配
同样功率的电机，额定转速高则电机尺寸小，重量轻；电机转速越高，传动比就会越大，这对于减小伺服电机等效转动惯量，提高电机负载能力有利。因此电机常工作在高转速低扭矩状态。但是机械装置工作在低转速高扭矩状态，所以要在伺服电机和机械装置之间需要减速器匹配。应该在对负载分析的基础上，合理选择减速器的减速比。
四、伺服电机选择实例：
（一）步进电机选择实例
工作台（拖板）重量W=2000N，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.06，车削是最大切削负载FZ=2150N，y向切削分力Fy=2FZ=4300N（垂直于导轨），要求刀具切削使得进给速度v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=3000mm/min，滚珠丝杠名义直径d0=32mm，导程tsp=6mm，丝杠总长l=1400mm，拖板最大行程为1150mm，定位精度±0.01mm，试选择合适的步进电机。