伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要過程課件

伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要過程一、系統(tǒng)方案確定典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控x、y工作臺(tái)、機(jī)器人的關(guān)節(jié)移動(dòng)等。其結(jié)構(gòu)原理如圖所示：包括開環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和閉環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹前者PC機(jī)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定實(shí)質(zhì)是對上述各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì)

執(zhí)行元件的選擇

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇

開環(huán)伺服系統(tǒng)中可以采用步進(jìn)電機(jī)、液壓伺服閥控制的液壓馬達(dá)和液壓缸、氣壓伺服閥控制的氣壓馬達(dá)和氣壓缸等作為執(zhí)行元件，其中步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最廣泛，當(dāng)負(fù)載能力不夠時(shí)，考慮后者?？傊紤]負(fù)載能力、調(diào)速范圍、體積、成本等因素。伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要過程一、系統(tǒng)方案確定典型的開環(huán)控制位置伺

執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)機(jī)械接口，用于對運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有：絲杠螺母傳動(dòng)同步齒型帶傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)直線電機(jī)傳動(dòng)最常用步進(jìn)電機(jī)與絲杠螺母間的運(yùn)動(dòng)傳遞可能有多種形式：采用同步齒型帶傳動(dòng)絲杠：中心距較大通過減速器傳動(dòng)絲杠：減速器作用是配湊脈沖當(dāng)量、轉(zhuǎn)矩放大、慣量匹配等通過聯(lián)軸器直接相連：結(jié)構(gòu)簡單，可獲得高速，對電機(jī)負(fù)載能力要求較高

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是進(jìn)行實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中一般含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)二、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)

控制系統(tǒng)方案的選擇導(dǎo)軌的選擇：滾動(dòng)導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌、液體導(dǎo)軌塑料貼面滑動(dòng)導(dǎo)軌包括微機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路、接口電路等的選擇和設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)精度要求確定，對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取

=0.005-0.01mm/pulse初選步進(jìn)電機(jī)指：選擇步進(jìn)電機(jī)的類型和步矩角混合式：兼以上二者優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高反應(yīng)式：小、f高、價(jià)格低，功耗大永磁式：大、f低，功耗小，斷電后仍有制動(dòng)力矩二、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)控

計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

確定減速傳動(dòng)比按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)參數(shù)選用傳動(dòng)比公式：計(jì)算出的傳動(dòng)比較小時(shí)，采用一級齒輪傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng)傳動(dòng)比較大時(shí)，采用多級齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)級數(shù)增加時(shí)，使齒隙和靜摩擦增加，傳動(dòng)效率降低，故傳動(dòng)級數(shù)一般不超過3級。

傳動(dòng)級數(shù)的分配原則：傳動(dòng)比逐級增加（或前小后大原則），使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。計(jì)算時(shí)，按P104，級數(shù)選擇曲線和傳動(dòng)比分配曲線目的：為選擇步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析做基礎(chǔ)圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定減速傳動(dòng)比按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)

確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd計(jì)算公式為：步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算：步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩確定：確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd計(jì)算公式

驗(yàn)算慣量匹配步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)頻率確定：步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率確定：根據(jù)啟動(dòng)頻率特性曲線：Tq對應(yīng)的fqmax

，實(shí)際運(yùn)行的fq<fqmax根據(jù)運(yùn)行頻率特性曲線：TL對應(yīng)的fmax

，實(shí)際運(yùn)行的f

<fmax電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)控制在：小慣量電機(jī)（Jm=0.00005kgm2）大慣量電機(jī)（Jm=0.1--0.6kgm2）比值太大，系統(tǒng)動(dòng)特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。通過減速傳動(dòng)比i和絲杠導(dǎo)程p的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。驗(yàn)算慣量匹配步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)頻率確定：步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率

計(jì)算死區(qū)誤差

計(jì)算定位誤差死區(qū)誤差又稱之為失動(dòng)量，指啟動(dòng)或反向時(shí)，系統(tǒng)的輸入與輸出運(yùn)動(dòng)間的差值產(chǎn)生死區(qū)誤差的原因電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動(dòng)死區(qū)（不靈敏區(qū)）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的間隙導(dǎo)軌副間的摩擦力由綜合拉壓剛度而產(chǎn)生的死區(qū)誤差：F為軸向負(fù)載力由于傳動(dòng)剛度變化引起定位誤差為：對于開環(huán)系統(tǒng)為系統(tǒng)允許的定位精度計(jì)算死區(qū)誤差計(jì)算定位誤差死區(qū)誤差又稱之為失動(dòng)量，指啟動(dòng)或

驗(yàn)算固有頻率固有頻率的計(jì)算公式為：m是工作臺(tái)質(zhì)量或工作臺(tái)絲杠驗(yàn)算固有頻率固有頻率的計(jì)算公式為：m是工作臺(tái)質(zhì)量或工作臺(tái)三、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)誤差分析

誤差來源

誤差校正

步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)的步距誤差，一般在左右，突然啟動(dòng)時(shí)有滯后，停止時(shí)有超前，從整個(gè)系統(tǒng)的誤差看，這一誤差較小，通常忽略不計(jì)；

齒輪傳動(dòng)：齒輪副的傳動(dòng)誤差和間隙會(huì)對系統(tǒng)造成誤差；

滾珠絲杠副傳動(dòng)：滾珠絲杠副的軸向間隙產(chǎn)生誤差，而且由于綜合拉壓剛度不足，會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)誤差；

其它傳動(dòng)裝置：聯(lián)軸器、齒型帶傳動(dòng)和諧波齒輪傳動(dòng)等都會(huì)對系統(tǒng)造成傳動(dòng)誤差。1、機(jī)械校正：提高機(jī)械裝置自身的精度，減少誤差，如消隙、減少等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高傳動(dòng)剛度、提高固有頻率等；2、電子校正：反向死區(qū)補(bǔ)償：利用反向死區(qū)補(bǔ)償電路調(diào)整撥碼開關(guān)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償電路三、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)誤差分析誤差來源誤差校正步進(jìn)電機(jī)：電路具有自動(dòng)判斷方向的改變，并在反向時(shí)發(fā)出補(bǔ)償命令的功能，補(bǔ)償脈沖可以達(dá)到幾百個(gè)。例:測量得到的反向死區(qū)誤差為0.016mm，系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.005mm/pulse,試問撥碼開關(guān)應(yīng)預(yù)置到哪一檔才能實(shí)現(xiàn)死區(qū)的補(bǔ)償？數(shù)字仿真誤差校正：預(yù)先將誤差的數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)一邊輸出工作指令，一方面計(jì)算誤差，輸出校正指令，形成附加運(yùn)動(dòng)，用以校正位移誤差。反饋補(bǔ)償誤差校正：采用反饋補(bǔ)償型的開環(huán)控制系統(tǒng)減小系統(tǒng)的誤差，提高精度。撥碼開關(guān)應(yīng)預(yù)置到3檔，消除誤差為3*0.005=0.015mm反饋補(bǔ)償型的開環(huán)控制系統(tǒng)原理如下：電路具有自動(dòng)判斷方向的改變，并在反向時(shí)發(fā)出補(bǔ)償命令的功能，補(bǔ)步進(jìn)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)器指令脈沖混合器脈沖補(bǔ)償感應(yīng)同步器測試器e=s機(jī)-s電補(bǔ)償脈沖步進(jìn)M驅(qū)動(dòng)器指令脈沖脈沖感應(yīng)同步器測試器e=s機(jī)-s電補(bǔ)償脈四、閉環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算采用步進(jìn)細(xì)分電路校正誤差：實(shí)質(zhì)上是減小了步進(jìn)電機(jī)的步距角即角脈沖當(dāng)量，使轉(zhuǎn)子達(dá)到新穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能減小，振動(dòng)減小，精度提高，特別是提高了低速時(shí)的平滑性。

選擇伺服電機(jī)類型交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)各有其有特點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)要求確定，對于伺服進(jìn)給系統(tǒng)而言，要求伺服電機(jī)具有：調(diào)速范圍寬且穩(wěn)定，速比大，低速（0.1r/min）時(shí),速度穩(wěn)定性仍好；負(fù)載特性硬（受負(fù)載沖擊，速度穩(wěn)定性好），過載能力強(qiáng)；響應(yīng)速度快，從零轉(zhuǎn)速到1500r/min，時(shí)間在0.2s內(nèi)，角加速度達(dá)400rad/s2能夠頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、加減速等。國外伺服電機(jī)品牌：德國：SIEMENS公司、FANUC公司等四、閉環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算采用步進(jìn)細(xì)分電路校正誤差：實(shí)質(zhì)美國：AB公司、PARKER公司法國：ALSTHOM公司國內(nèi)伺服電機(jī)生產(chǎn)廠家較多，集中在華東和華南地區(qū)

選擇導(dǎo)軌種類，確定阻尼比由實(shí)驗(yàn)可得到各種導(dǎo)軌的等價(jià)阻尼比，同時(shí)考慮系統(tǒng)的速度、穩(wěn)定性、潤滑、材料等。靜壓導(dǎo)軌：0.02滑動(dòng)導(dǎo)軌：0.02--0.3滾動(dòng)導(dǎo)軌：0.02--0.05

確定系統(tǒng)增益k和機(jī)械傳動(dòng)鏈的固有頻率根據(jù)控制精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，一般取k=8—15/s由系統(tǒng)增益和導(dǎo)軌阻尼比，初步確定滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求所需的機(jī)械傳動(dòng)鏈固有頻率為：阻尼比美國：AB公司、PARKER公司法國：ALSTHOM公司五、絲杠工作臺(tái)的簡化模型

設(shè)計(jì)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)并校驗(yàn)這一環(huán)節(jié)的計(jì)算與開環(huán)系統(tǒng)類似，主要包括：機(jī)械傳動(dòng)方案選擇；初選絲杠直徑；計(jì)算總傳動(dòng)比；計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并驗(yàn)算慣量匹配；計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度，并計(jì)算固有頻率，校驗(yàn)是否滿足系統(tǒng)對固有頻率的要求。計(jì)算出某項(xiàng)不符合要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)計(jì)算。絲杠工作臺(tái)縱振（水平方向）系統(tǒng)可以簡化為下圖所示的動(dòng)力學(xué)模型，即彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)。五、絲杠工作臺(tái)的簡化模型設(shè)計(jì)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)并校驗(yàn)這一環(huán)節(jié)圖示絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型mKxcy動(dòng)力學(xué)平衡方程為:式中:m是絲杠工作臺(tái)的等效集中質(zhì)量c是絲杠工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)k是絲杠螺母機(jī)構(gòu)的綜合拉壓剛度y是工作臺(tái)的實(shí)際位移x是電機(jī)轉(zhuǎn)角折算到工作臺(tái)的等效位移，即指令位移圖示絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型mKxcy動(dòng)力學(xué)平衡方程對上式拉氏變換,得系統(tǒng)傳遞函數(shù):化簡成二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式為:令為絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)的固有頻率為系統(tǒng)縱向振動(dòng)阻尼比(即粘性阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比)影響系統(tǒng)動(dòng)特性的主要參數(shù)是和，由k、m、c決定。對上式拉氏變換,得系統(tǒng)傳遞函數(shù):化簡成二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式為:設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)一步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制的系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.01MM,采用步進(jìn)電機(jī)直接聯(lián)絲杠的驅(qū)動(dòng)方式.絲杠的螺距為6MM,試問:（10分）（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角選多大為佳?（2）當(dāng)采用五相十拍的混合步進(jìn)電機(jī)時(shí),如果要使工作臺(tái)的移動(dòng)速度達(dá)到2米/分,步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率是多少?（3）如果選定的步進(jìn)電機(jī)矩-頻特性見下表,當(dāng)系統(tǒng)等效到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為3.5N.M時(shí),該電機(jī)能否以(2)所求得的運(yùn)行頻率順利啟動(dòng)?如果不可以在不改動(dòng)所選擇的電機(jī)情況下可以采取哪些措施來滿足要求?F（HZ）0-1000150020002500300035004000T（N.M)65.54.543.532.5設(shè)計(jì)舉例F（HZ）0-1000150020002500300解：（1）步距角選小于0.60為好.(2)(3)根據(jù)所給表格數(shù)據(jù),當(dāng)電機(jī)以3333HZ頻率運(yùn)行時(shí),所對應(yīng)輸出力矩在3-3.5NM之間,改值小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(3.5NM),所以電機(jī)不能順利啟動(dòng).解：（1）可以采取的有效措施有:(A)采取降頻啟動(dòng),根據(jù)上表,當(dāng)啟動(dòng)頻率小于2500HZ時(shí),啟動(dòng)力矩大于3.5NM,此時(shí)可以保證順利啟動(dòng),然后再加速至3333HZ,此時(shí)由于加速度減小,等效負(fù)載力矩會(huì)降低.(B)在電機(jī)和絲杠軸之間增加一對減速齒輪,傳動(dòng)比可以取為1/2,這樣等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減為原來1/2,從而可以順利啟動(dòng).可以采取的有效措施有:伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要過程一、系統(tǒng)方案確定典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控x、y工作臺(tái)、機(jī)器人的關(guān)節(jié)移動(dòng)等。其結(jié)構(gòu)原理如圖所示：包括開環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和閉環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹前者PC機(jī)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定實(shí)質(zhì)是對上述各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì)

執(zhí)行元件的選擇

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇

開環(huán)伺服系統(tǒng)中可以采用步進(jìn)電機(jī)、液壓伺服閥控制的液壓馬達(dá)和液壓缸、氣壓伺服閥控制的氣壓馬達(dá)和氣壓缸等作為執(zhí)行元件，其中步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最廣泛，當(dāng)負(fù)載能力不夠時(shí)，考慮后者?？傊?，要考慮負(fù)載能力、調(diào)速范圍、體積、成本等因素。伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要過程一、系統(tǒng)方案確定典型的開環(huán)控制位置伺

執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)機(jī)械接口，用于對運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有：絲杠螺母傳動(dòng)同步齒型帶傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)直線電機(jī)傳動(dòng)最常用步進(jìn)電機(jī)與絲杠螺母間的運(yùn)動(dòng)傳遞可能有多種形式：采用同步齒型帶傳動(dòng)絲杠：中心距較大通過減速器傳動(dòng)絲杠：減速器作用是配湊脈沖當(dāng)量、轉(zhuǎn)矩放大、慣量匹配等通過聯(lián)軸器直接相連：結(jié)構(gòu)簡單，可獲得高速，對電機(jī)負(fù)載能力要求較高

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是進(jìn)行實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中一般含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)二、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)

控制系統(tǒng)方案的選擇導(dǎo)軌的選擇：滾動(dòng)導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌、液體導(dǎo)軌塑料貼面滑動(dòng)導(dǎo)軌包括微機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路、接口電路等的選擇和設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)精度要求確定，對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取

=0.005-0.01mm/pulse初選步進(jìn)電機(jī)指：選擇步進(jìn)電機(jī)的類型和步矩角混合式：兼以上二者優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高反應(yīng)式：小、f高、價(jià)格低，功耗大永磁式：大、f低，功耗小，斷電后仍有制動(dòng)力矩二、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)控

計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

確定減速傳動(dòng)比按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)參數(shù)選用傳動(dòng)比公式：計(jì)算出的傳動(dòng)比較小時(shí)，采用一級齒輪傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng)傳動(dòng)比較大時(shí)，采用多級齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)級數(shù)增加時(shí)，使齒隙和靜摩擦增加，傳動(dòng)效率降低，故傳動(dòng)級數(shù)一般不超過3級。

傳動(dòng)級數(shù)的分配原則：傳動(dòng)比逐級增加（或前小后大原則），使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。計(jì)算時(shí)，按P104，級數(shù)選擇曲線和傳動(dòng)比分配曲線目的：為選擇步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析做基礎(chǔ)圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定減速傳動(dòng)比按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)

確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd計(jì)算公式為：步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算：步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩確定：確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd計(jì)算公式

驗(yàn)算慣量匹配步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)頻率確定：步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率確定：根據(jù)啟動(dòng)頻率特性曲線：Tq對應(yīng)的fqmax

，實(shí)際運(yùn)行的fq<fqmax根據(jù)運(yùn)行頻率特性曲線：TL對應(yīng)的fmax

，實(shí)際運(yùn)行的f

<fmax電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)控制在：小慣量電機(jī)（Jm=0.00005kgm2）大慣量電機(jī)（Jm=0.1--0.6kgm2）比值太大，系統(tǒng)動(dòng)特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。通過減速傳動(dòng)比i和絲杠導(dǎo)程p的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。驗(yàn)算慣量匹配步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)頻率確定：步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率

計(jì)算死區(qū)誤差

計(jì)算定位誤差死區(qū)誤差又稱之為失動(dòng)量，指啟動(dòng)或反向時(shí)，系統(tǒng)的輸入與輸出運(yùn)動(dòng)間的差值產(chǎn)生死區(qū)誤差的原因電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動(dòng)死區(qū)（不靈敏區(qū)）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的間隙導(dǎo)軌副間的摩擦力由綜合拉壓剛度而產(chǎn)生的死區(qū)誤差：F為軸向負(fù)載力由于傳動(dòng)剛度變化引起定位誤差為：對于開環(huán)系統(tǒng)為系統(tǒng)允許的定位精度計(jì)算死區(qū)誤差計(jì)算定位誤差死區(qū)誤差又稱之為失動(dòng)量，指啟動(dòng)或

驗(yàn)算固有頻率固有頻率的計(jì)算公式為：m是工作臺(tái)質(zhì)量或工作臺(tái)絲杠驗(yàn)算固有頻率固有頻率的計(jì)算公式為：m是工作臺(tái)質(zhì)量或工作臺(tái)三、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)誤差分析

誤差來源

誤差校正

步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)的步距誤差，一般在左右，突然啟動(dòng)時(shí)有滯后，停止時(shí)有超前，從整個(gè)系統(tǒng)的誤差看，這一誤差較小，通常忽略不計(jì)；

齒輪傳動(dòng)：齒輪副的傳動(dòng)誤差和間隙會(huì)對系統(tǒng)造成誤差；

滾珠絲杠副傳動(dòng)：滾珠絲杠副的軸向間隙產(chǎn)生誤差，而且由于綜合拉壓剛度不足，會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)誤差；

其它傳動(dòng)裝置：聯(lián)軸器、齒型帶傳動(dòng)和諧波齒輪傳動(dòng)等都會(huì)對系統(tǒng)造成傳動(dòng)誤差。1、機(jī)械校正：提高機(jī)械裝置自身的精度，減少誤差，如消隙、減少等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高傳動(dòng)剛度、提高固有頻率等；2、電子校正：反向死區(qū)補(bǔ)償：利用反向死區(qū)補(bǔ)償電路調(diào)整撥碼開關(guān)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償電路三、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)誤差分析誤差來源誤差校正步進(jìn)電機(jī)：電路具有自動(dòng)判斷方向的改變，并在反向時(shí)發(fā)出補(bǔ)償命令的功能，補(bǔ)償脈沖可以達(dá)到幾百個(gè)。例:測量得到的反向死區(qū)誤差為0.016mm，系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.005mm/pulse,試問撥碼開關(guān)應(yīng)預(yù)置到哪一檔才能實(shí)現(xiàn)死區(qū)的補(bǔ)償？數(shù)字仿真誤差校正：預(yù)先將誤差的數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)一邊輸出工作指令，一方面計(jì)算誤差，輸出校正指令，形成附加運(yùn)動(dòng)，用以校正位移誤差。反饋補(bǔ)償誤差校正：采用反饋補(bǔ)償型的開環(huán)控制系統(tǒng)減小系統(tǒng)的誤差，提高精度。撥碼開關(guān)應(yīng)預(yù)置到3檔，消除誤差為3*0.005=0.015mm反饋補(bǔ)償型的開環(huán)控制系統(tǒng)原理如下：電路具有自動(dòng)判斷方向的改變，并在反向時(shí)發(fā)出補(bǔ)償命令的功能，補(bǔ)步進(jìn)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)器指令脈沖混合器脈沖補(bǔ)償感應(yīng)同步器測試器e=s機(jī)-s電補(bǔ)償脈沖步進(jìn)M驅(qū)動(dòng)器指令脈沖脈沖感應(yīng)同步器測試器e=s機(jī)-s電補(bǔ)償脈四、閉環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算采用步進(jìn)細(xì)分電路校正誤差：實(shí)質(zhì)上是減小了步進(jìn)電機(jī)的步距角即角脈沖當(dāng)量，使轉(zhuǎn)子達(dá)到新穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能減小，振動(dòng)減小，精度提高，特別是提高了低速時(shí)的平滑性。

選擇伺服電機(jī)類型交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)各有其有特點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)要求確定，對于伺服進(jìn)給系統(tǒng)而言，要求伺服電機(jī)具有：調(diào)速范圍寬且穩(wěn)定，速比大，低速（0.1r/min）時(shí),速度穩(wěn)定性仍好；負(fù)載特性硬（受負(fù)載沖擊，速度穩(wěn)定性好），過載能力強(qiáng)；響應(yīng)速度快，從零轉(zhuǎn)速到1500r/min，時(shí)間在0.2s內(nèi)，角加速度達(dá)400rad/s2能夠頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、加減速等。國外伺服電機(jī)品牌：德國：SIEMENS公司、FANUC公司等四、閉環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算采用步進(jìn)細(xì)分電路校正誤差：實(shí)質(zhì)美國：AB公司、PARKER公司法國：ALSTHOM公司國內(nèi)伺服電機(jī)生產(chǎn)廠家較多，集中在華東和華南地區(qū)

選擇導(dǎo)軌種類，確定阻尼比由實(shí)驗(yàn)可得到各種導(dǎo)軌的等價(jià)阻尼比，同時(shí)考慮系統(tǒng)的速度、穩(wěn)定性、潤滑、材料等。靜壓導(dǎo)軌：0.02滑動(dòng)導(dǎo)軌：0.02--0.3滾動(dòng)導(dǎo)軌：0.02--0.05

確定系統(tǒng)增益k和機(jī)械傳動(dòng)鏈的固有頻率根據(jù)控制精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，一般取k=8—15/s由系統(tǒng)增益和導(dǎo)軌阻尼比，初步確定滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求所需的機(jī)械傳動(dòng)鏈固有頻率為：阻尼比美國：AB公司、PARKER公司法國：ALSTHOM公司五、絲杠工作臺(tái)的簡化模型

設(shè)計(jì)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)并校驗(yàn)這一環(huán)節(jié)的計(jì)算與開環(huán)系統(tǒng)類似，主要包括：機(jī)械傳動(dòng)方案選擇；初選絲杠直徑；計(jì)算總傳動(dòng)比；計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并驗(yàn)算慣量匹配；計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度，并計(jì)算固有頻率，校驗(yàn)是否滿足系統(tǒng)對固有頻率的要求。計(jì)算出某項(xiàng)不符合要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)計(jì)算。絲杠工作臺(tái)縱振（水平方向）系統(tǒng)可以簡化為下圖所示的動(dòng)力學(xué)模型，即彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)。五、絲杠工作臺(tái)的簡化模型設(shè)計(jì)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)并校驗(yàn)這一環(huán)節(jié)圖示絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型mKxcy動(dòng)力學(xué)平衡方程為:式中:m是絲杠工作臺(tái)的等效集中質(zhì)量c是絲杠工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)k是絲杠螺母機(jī)構(gòu)的綜合拉壓剛度y是工作臺(tái)的