伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1設(shè)計(jì)概述

速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是：通過系統(tǒng)的執(zhí)行元件直接或經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)被控對象，完成要求的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。因此工程上對它們的技術(shù)要求，主要是圍繞著機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求。2.1設(shè)計(jì)概述第三頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

速度調(diào)節(jié)要求：可逆性要求：單向調(diào)速、可逆調(diào)速平滑性要求：有級(jí)調(diào)速、無級(jí)調(diào)速連續(xù)性要求：調(diào)速是連續(xù)的還是容許有間歇的。2.1設(shè)計(jì)概述第五頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.

系統(tǒng)輸出軸要求：最大轉(zhuǎn)速：nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、Vmax(m/s)最

低

平

穩(wěn)

轉(zhuǎn)

速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、Vmin(m/s)調(diào)速范圍D：2.1設(shè)計(jì)概述第六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)指標(biāo)要求

3.

系統(tǒng)輸出軸上負(fù)載力矩變化時(shí)，控制精度技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速降?n（）：?n

=

n0

–

n

其

中：n0---控

制

信

號(hào)

一

定

的

情

況下

，理想的空載轉(zhuǎn)速

n

---控

制

信

號(hào)

一

定

的

情

況

下

，滿

載

時(shí)

的

轉(zhuǎn)

速靜差率δ

：﹪=﹪2.1設(shè)計(jì)概述第七頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

4.階

躍

輸

入

下

系

統(tǒng)

的

動(dòng)

態(tài)

響

應(yīng)

特

性

：最

大

超

調(diào)

量

%調(diào)

節(jié)

時(shí)

間

ts：偏

差

在

±5﹪

或

±2﹪

范

圍振

蕩

次

數(shù)

N2.1設(shè)計(jì)概述第八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

5.負(fù)

載

擾

動(dòng)

下

的

動(dòng)

態(tài)

響

應(yīng)

特

性

：

階

躍

擾

動(dòng)

或

脈

沖

擾

動(dòng)

下

，最

大

轉(zhuǎn)

速

降

△nmax(或△max或△Vmax)調(diào)

整

時(shí)

間

tsf

2.1設(shè)計(jì)概述第九頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

6.其它要求：工

作

制

的

要

求

：長

期

連

續(xù)

運(yùn)

行

制

、間

歇

運(yùn)

行

制

、短

時(shí)

運(yùn)

行

制

。系

統(tǒng)

可

靠

性

要

求

：通

常

用

連

續(xù)

運(yùn)

行

無

故

障

時(shí)

間

來

衡

量

。使

用

壽

命使

用

環(huán)

境

條

件

：環(huán)

境

溫

度

、濕

度、振

動(dòng)、抗

沖

擊

、防

水、防

化、防

輻

射、電

源

條

件

的

限

制經(jīng)

濟(jì)

性

要

求

：生

產(chǎn)

成

本

、標(biāo)

準(zhǔn)

化

程

度結(jié)

構(gòu)

型

式

要

求

：體

積

、質(zhì)

量

、安

裝

特

點(diǎn)

等2.1設(shè)計(jì)概述第十頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

速

度

調(diào)

節(jié)

要

求

：平滑性要求：有級(jí)調(diào)速、無級(jí)調(diào)速可逆性要求：單向調(diào)速、可逆調(diào)速連續(xù)性要求：調(diào)速是連續(xù)的還是容許有間歇的。2.1設(shè)計(jì)概述第十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.

系

統(tǒng)

輸

出

軸

要

求

：最大轉(zhuǎn)速：nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、Vmax(m/s)最

低

平

穩(wěn)

轉(zhuǎn)

速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、Vmin(m/s)調(diào)速范圍D：2.1設(shè)計(jì)概述第十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

3.

系

統(tǒng)

靜

誤

差

es

(

系

統(tǒng)

靜

差)

隨動(dòng)系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成無靜差系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)靜止協(xié)調(diào)時(shí)，沒有位置誤差。但實(shí)際系統(tǒng)存在非線性因素，如：測角元件的分辨率有限、系統(tǒng)輸出端機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分存在干摩擦等等，都將給系統(tǒng)造成一定

的

靜

誤

差

。2.1設(shè)計(jì)概述第十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

4.階

躍

輸

入

下

系

統(tǒng)

的

動(dòng)

態(tài)

響

應(yīng)

特

性

：最

大

超

調(diào)

量

%調(diào)

節(jié)

時(shí)

間

ts：偏

差

在

±5﹪

或

±2﹪

范

圍振

蕩

次

數(shù)

N2.1設(shè)計(jì)概述第十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

等

速

跟

蹤

時(shí)，負(fù)

載

擾

動(dòng)

下

的

動(dòng)態(tài)

響

應(yīng)

特

性

：最

大

誤

差

角

em

f過

渡

過

程

時(shí)

間

tsf

2.1設(shè)計(jì)概述第十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

6.

系

統(tǒng)

跟

蹤

狀

態(tài)

下

的

誤

差

指

標(biāo)

：速度誤差ev最大正弦誤差em相對精度指標(biāo)：

速

度

品

質(zhì)

系

數(shù)

Kv:(1/s)

加

速

度

品

質(zhì)

系

數(shù)

Ka:

(1/s2)

2.1設(shè)計(jì)概述第十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

7.

頻率響應(yīng)特性指標(biāo)要求振

蕩

指

標(biāo)

Mp:位

置

伺

服

系

統(tǒng)

閉

環(huán)

幅

頻

特

性A

(

p

)

的

最

大

值

與

A(0)

的

比

值

；(一

般

位

置

伺

服

系

統(tǒng)

無

靜差：A(0)=1)頻

帶

寬

度

ωb:閉

環(huán)

幅

頻

特

性

A(b)

=

0.707

時(shí)

的

角

頻

率。相

角

儲(chǔ)

量

γ2.1設(shè)計(jì)概述第十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

8.其它要求：工

作

制

的

要

求

：長

期

連

續(xù)

運(yùn)

行

制

、間

歇

運(yùn)

行

制

、短

時(shí)

運(yùn)

行

制

。系

統(tǒng)

可

靠

性

要

求

：通

常

用

連

續(xù)

運(yùn)

行

無

故

障

時(shí)

間

來

衡

量

。使

用

壽

命使

用

環(huán)

境

條

件

：環(huán)

境

溫

度

、濕

度、振

動(dòng)、抗

沖

擊

、防

水、防

化、防

輻

射、電源

條

件

的

限

制經(jīng)

濟(jì)

性

要

求

：生

產(chǎn)

成

本

、標(biāo)

準(zhǔn)

化

程

度結(jié)

構(gòu)

型

式

要

求

：體

積

、質(zhì)

量

、安

裝

特

點(diǎn)

等2.1設(shè)計(jì)概述第十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第二十頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.3伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟一、調(diào)研

1.選定伺服系統(tǒng)各部件型號(hào)；

2.確定各部件間接口方式；

3.選擇伺服系統(tǒng)的控制方案；

4.確定伺服系統(tǒng)的主干線路、輔助線路及電源二、理論設(shè)計(jì)

1.穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

負(fù)載分析計(jì)算選擇執(zhí)行電機(jī)選擇檢測元件信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)和選擇

2.傳遞函數(shù)的推導(dǎo)

3.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

希望特性的繪制

設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)三、調(diào)試2.1設(shè)計(jì)概述第二十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第二十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2負(fù)載的分析計(jì)算2.2.1幾種典型負(fù)載

直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)干

摩

擦

負(fù)

載粘

性

摩

擦

負(fù)

載慣性負(fù)

載干

摩

擦

力

Fc

（N）:

Fc

=

|Fc|·

Sign

V

式中：V

--

負(fù)

載

線

速

度干

摩

擦

力

矩

Mc

（N·

m）:

Mc

=

|Mc|·

Sign

Ω

式中：Ω

--

負(fù)

載

角

速

度粘

性

摩

擦

力

矩

Mb

（N·

m）:

Mb

=

b2

Ω

式中：b2(N·s·m)

–

粘性摩擦系數(shù)慣

性

力

矩

MJ（N·

m）:

MJ

=

J·ε式中：ε（rad/s2)

--

負(fù)

載

角

加

速

度粘

性

摩

擦

力

Fb

（N）:

Fb

=

b1

V

式中：b1(N·s/m)–

粘性摩擦系數(shù)慣

性

力

Fm

（N）:

Fm

=

m·a

式中：a(m/s2)

--

負(fù)

載

線

加

速

度1.2.3.第二十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.1幾種典型負(fù)載直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)位能

負(fù)

載彈性負(fù)載風(fēng)阻負(fù)載重

力

W（N）:

W

=

m·g不

平

衡

力

矩

MW

（N·

m）彈

性

力

矩

Mk

（N·

m）:

Mk

=

k2

Φ

式中：k2(N·m/rad)

–

彈性摩擦系數(shù)

Φ

–角位移風(fēng)

阻

力

矩

Mt（N·

m）:

Mt

=

f2·Ω2

式中：f2（N·

m·s2)

–

風(fēng)阻系數(shù)彈力Fk

(N):

Fk

=

k1

L

式中：K1(N/m)–彈性摩擦系數(shù)L(m)–線位移風(fēng)

阻

力

Ft

（N）:

Ft

=

f1·V2

式中：f1(N·s2/m2)

–

風(fēng)阻系數(shù)4.5.6.2.2負(fù)載的分析計(jì)算第二十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第二十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第二十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第二十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日直線運(yùn)動(dòng)電機(jī)負(fù)載FΣ=Fc+Fb+Fm=Fc+b1v+(md+mz)·a式中:

FΣ

----電機(jī)軸受到的合力

md----

電機(jī)動(dòng)子質(zhì)量

mz----

負(fù)載質(zhì)量2.2負(fù)載的分析計(jì)算第二十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第二十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)負(fù)載MΣ

=Mc+MJ=Mc+(Jd+Jz)·ε式中:

MΣ

----電機(jī)軸受到的合力矩

Jd

----

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

Jz

----

負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.2負(fù)載的分析計(jì)算第三十頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第三十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日考慮減速比iz22z11z31z21z12z32123電機(jī)負(fù)載Ωd=i·ΩzΦd=i·Φzεd=i·εzi=i1·i2·i3

式

中：

i1

、i2、i3

----各級(jí)齒輪減速比

i----齒輪減速器總的減速比2.2負(fù)載的分析計(jì)算第三十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第三十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日考慮傳動(dòng)效率ηz22z11z31z21z12z32123電機(jī)負(fù)載電機(jī)的輸出功率與負(fù)載消耗功率相等

Md·Ωd=MZ·ΩZMd=---------MZi·ηΩd=i·Ωz2.2負(fù)載的分析計(jì)算η第三十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第三十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日負(fù)載參數(shù)的折算第三十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日負(fù)載參數(shù)的折算第三十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日負(fù)載參數(shù)的折算第三十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第三十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日單軸傳動(dòng)已

知：負(fù)

載

W

=

m

g

，轉(zhuǎn)

子

轉(zhuǎn)

動(dòng)

慣

量

Jd，轆

輪

轉(zhuǎn)

動(dòng)

慣

量

Jp，直

徑

2R，電

機(jī)

和

轆

輪

的

角

速

度

為

Ω

，負(fù)

載

線

速

度

v

=

Ω

·R提升負(fù)載時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩下降負(fù)載時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩MΣ=MJ-MW=(Jd+JP+m·R2)·ε2

-

W·R電

機(jī)負(fù)

載轆

輪W2.2負(fù)載的分析計(jì)算

MΣ=MJ

+MW=

(Jd+JP

+m·R2)·ε1

+W·R第四十頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.2負(fù)載的折算1.單軸傳動(dòng)2.多軸傳動(dòng)3.直

線

運(yùn)

動(dòng)

與

旋轉(zhuǎn)

運(yùn)

動(dòng)

轉(zhuǎn)

換直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)考慮減速比i考

慮

傳

動(dòng)

效

率η負(fù)載參數(shù)的折算單軸傳動(dòng)多軸傳動(dòng)2.2負(fù)載的分析計(jì)算第四十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

多軸傳動(dòng)電

機(jī)負(fù)

載轆

輪Wz22z11z31z21z12z32123若

電

機(jī)

軸

與

轆

輪

之

間

存

在

減

速比

i

和

傳

動(dòng)

效

率

η

，則提升負(fù)載時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩

MΣ=MJ’+MW’=

(Jd+)·ε1’+.

下放負(fù)載時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩

MΣ=MJ’-MW’=

(Jd+)·ε2’-.

2.2負(fù)載的分析計(jì)算第四十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設(shè)計(jì)概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算（舊版書：5–2）

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇（舊版書：5–3）

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇（舊版書：第二章、5–4）

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3振幅調(diào)制線路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)和選擇（舊版書：5–4）

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)（舊版書：5–4）第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)第四十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算負(fù)

載

運(yùn)

動(dòng)

有

規(guī)

律負(fù)

載

運(yùn)

動(dòng)

沒

有

固

定

規(guī)

律負(fù)載力矩不僅與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，還與運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)。2.2負(fù)載的分析計(jì)算第四十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日

負(fù)載運(yùn)動(dòng)有規(guī)律龍

門

刨

床

工

作

臺(tái)

的

控

制

系

統(tǒng)：執(zhí)

行

電

動(dòng)

機(jī)

轉(zhuǎn)

子

的

轉(zhuǎn)

動(dòng)

慣

量

Jd,減

速

齒

輪

組

的

減

速

比

i,與

齒

條

相

嚙

合

的

齒

輪

節(jié)

圓

半

徑

R

,總

傳

動(dòng)

效

率

η

，往

復(fù)

運(yùn)

動(dòng)

部

分

的

總

質(zhì)

量

m

,干

摩

擦

力

Fc

,切

削

加

工

時(shí)

的

切

削

阻

力

Fp

,其

它

因

素

可

忽

略

。例1齒條工件工作臺(tái)刨刀電機(jī)tMC(c)t0MP(d)MJ0t(e)M∑0t0(f)tt1t2t3t4t5t60(b)MΣ=2.2負(fù)載的分析計(jì)算MC+MP+MJ第四十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日

考

慮

實(shí)

際

加

工

過

程

往

復(fù)次數(shù)

多

，需

要

檢

驗(yàn)

執(zhí)

行

電

機(jī)

的

發(fā)

熱

與

溫

升

，為

此

要

計(jì)

算

一

周

內(nèi)

轉(zhuǎn)

矩

的

均

方根

值

Mdx，這

主

要

由

于Q

=

I2

R

t

，而

M

=

Km

I

，因此

考

慮

Mdx

即

可

檢

驗(yàn)

執(zhí)

行

電

機(jī)

的

溫

升

與

發(fā)

熱

。M∑0t0(f)t1t2t3t4t5t6M1M2M3M4M5M6若考慮到電機(jī)在起動(dòng)、制動(dòng)過程中低轉(zhuǎn)速時(shí)散熱條件差，故加權(quán)系數(shù)α<1。一般可取α=0.75。若起動(dòng)段和制動(dòng)段在一個(gè)周期內(nèi)占的比例較大，可取α=0.5。2.2負(fù)載的分析計(jì)算第四十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算負(fù)

載

運(yùn)

動(dòng)

有

規(guī)

律負(fù)

載

運(yùn)

動(dòng)

沒

有

固

定

規(guī)

律負(fù)載力矩不僅與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，還與運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)。2.2負(fù)載的分析計(jì)算第四十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日在

沒

有

固

定

運(yùn)

動(dòng)

規(guī)

律

的

情

況

下

，工

程

上

常

采用

等

效

正

弦

運(yùn)

動(dòng)

方

法

。負(fù)載運(yùn)動(dòng)沒有固定規(guī)律

C

=

m

sin

i

tC

=

m

i

cos

i

t

=

m

i

sin(

it+90O)C

=

-m

i2

sin

it

=

m

i2

sin(

it+1800)m

=

m

im

=

m

i2m

=

m2/m

i

=

m/m2.2負(fù)載的分析計(jì)算Mdx第四十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日某

隨

動(dòng)

系

統(tǒng)

的

最

大

跟

蹤

角

速

度

為

m

，最

大

跟

蹤

角

加

速

度為

m

，電

機(jī)

轉(zhuǎn)

子

轉(zhuǎn)

動(dòng)

慣

量

為

Jd

，傳

動(dòng)

比

為

i，傳

動(dòng)

效

率

為

，被

控

對

象

的

干

摩

擦

力

矩

為

MC

，轉(zhuǎn)

動(dòng)

慣

量

是

Jz，現(xiàn)

求

等

效

正

弦

運(yùn)

動(dòng)

時(shí)

的

Mdx。例2等效正弦運(yùn)動(dòng)的周期：T=2/i=2m/m2.2負(fù)載的分析計(jì)算第四十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日負(fù)載的計(jì)算必須針對具體對象具體的對待不存在千篇一律的公式?。?.2負(fù)載的分析計(jì)算第五十頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)概述

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與選擇

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.4脈沖寬度調(diào)制(PWM)線路

2.5.3頻壓轉(zhuǎn)換電路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)與選擇（書：5–1）（書：5–2）（書：5–3）（書：第二章、5–4）（書：5–4）（書：5–4）（書：5–4）第五十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.1執(zhí)行元件概述

執(zhí)行元件種類電磁感應(yīng)定律回顧直流伺服電動(dòng)機(jī)它激/永磁直流電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)兩相異步電動(dòng)機(jī)第五十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日1.執(zhí)行元件種類2.3執(zhí)行元件的選擇執(zhí)

行

電

動(dòng)

機(jī)直

流

電

動(dòng)

機(jī)液壓元件交流電動(dòng)機(jī)液壓電機(jī)液壓動(dòng)力缸液壓步進(jìn)電機(jī)它

勵(lì)

直

流

電

動(dòng)

機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)直流無刷電動(dòng)機(jī)永磁電動(dòng)機(jī)兩

相

異

步

電

動(dòng)

機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)滑差電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第五十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.1執(zhí)行元件概述

執(zhí)行元件種類電磁感應(yīng)定律回顧直流伺服電動(dòng)機(jī)它激/永磁直流電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)兩相異步電動(dòng)機(jī)第五十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.電磁感應(yīng)定律回顧線圈感應(yīng)電動(dòng)勢（法拉第定律）Φ電機(jī)中常見的是磁通Φ隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化：2.3執(zhí)行元件的選擇第五十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日BVe其中：B---磁

感

應(yīng)

強(qiáng)

度

l---切

割

磁

力

線

的

直

導(dǎo)

體

的

長

度

V---直

導(dǎo)

體

切

割

磁

力

線

的

線

速

度導(dǎo)體切割磁力線的感應(yīng)電動(dòng)勢（右手定則）2.3執(zhí)行元件的選擇第五十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日由于流過線圈中的電流隨時(shí)間變化而在線圈內(nèi)感應(yīng)的電動(dòng)勢稱自感電動(dòng)勢。若電流i隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化：

自感電動(dòng)勢2.3執(zhí)行元件的選擇第五十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日電磁力定律載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用。當(dāng)磁場與導(dǎo)體互相垂直時(shí)，作用在導(dǎo)體上的電磁力的方向按左手定則確定。2.3執(zhí)行元件的選擇第五十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.1執(zhí)行元件概述

執(zhí)行元件種類電磁感應(yīng)定律回顧直流伺服電動(dòng)機(jī)它激/永磁直流電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)兩相異步電動(dòng)機(jī)第五十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日3.直流伺服電動(dòng)機(jī)

它激/永磁直流電動(dòng)機(jī)

工作原理：iBff

動(dòng)態(tài)方程：uauaRaLaia電樞回路電壓平衡方程式：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢：電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：2.3執(zhí)行元件的選擇第六十頁，共九十七頁，2022年，8月28日

機(jī)械特性機(jī)械特性指控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系，即ua=常數(shù)，Ω=f(M)ua=常數(shù)時(shí)，MΩΩ02.3執(zhí)行元件的選擇第六十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日+E+E-ET1T2R4R5R6R7R9R8T3T4R10R11D1D2D3D4+-2.3執(zhí)行元件的選擇abAusrR2R3R1

應(yīng)用c第六十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日直流力矩電動(dòng)機(jī)

定義：直流力矩電動(dòng)機(jī)是一種由伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)相結(jié)合而形成的特殊電機(jī)。它可以不用齒輪等減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并由輸入控制電壓信號(hào)直接調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。在位置控制方式的伺服系統(tǒng)中，它可以長期工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，而在速度伺服系統(tǒng)中又可以工作在低速狀態(tài)，且輸出較大的轉(zhuǎn)矩。Jd小，Ld可以忽略，Md大，Ta可以忽略。2.3執(zhí)行元件的選擇第六十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日

機(jī)械特性MΩΩ0MfdMld

特點(diǎn)2.3執(zhí)行元件的選擇提高了位置和速度的控制精度其轉(zhuǎn)矩-電流特性的線性度好運(yùn)行可靠、維護(hù)簡便、振動(dòng)機(jī)械噪聲小和結(jié)構(gòu)緊湊等第六十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.1執(zhí)行元件概述執(zhí)行元件種類電磁感應(yīng)定律回顧直流伺服電動(dòng)機(jī)它激/永磁直流電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)兩相異步電動(dòng)機(jī)第六十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日4.交流伺服電動(dòng)機(jī)

結(jié)構(gòu)ujuc2.3執(zhí)行元件的選擇

兩相異步電動(dòng)機(jī)第六十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日

工作原理

設(shè)ic向右為正，ij向下為正，如右圖所示。

uc在相位上滯后uj900。ujuc+-+-ijicωtωtujuc0π2π2.3執(zhí)行元件的選擇第六十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日控制方式幅值控制相

位

控

制幅相控制ucujcu1.......ucuj2.3執(zhí)行元件的選擇第六十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)概述

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求

2.1.3設(shè)計(jì)步驟

2.2負(fù)載的分析計(jì)算

2.2.1幾種典型負(fù)載

2.2.2負(fù)載的折算

2.2.3負(fù)載的綜合計(jì)算

2.3執(zhí)行元件的選擇

2.3.1執(zhí)行元件概述

2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇

2.4檢測裝置的選擇

2.4.1伺服系統(tǒng)的測速與測角

2.4.2檢測裝置的選擇和設(shè)計(jì)

2.5信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與選擇

2.5.1概述

2.5.2相敏整流電路

2.5.3脈沖寬度調(diào)制(PWM)

線路

2.5.4頻壓轉(zhuǎn)換電路

2.6放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.6.1功率放大裝置概述

2.6.2放大裝置的設(shè)計(jì)與選擇

2.7電源設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)與選擇（書：5–1）（書：5–2）（書：5–3）（書：第二章、5–4）（書：5–4）（書：5–4）（書：5–4）第六十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇單軸傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選擇一般高速電機(jī)的選擇低速力矩電機(jī)的選擇多軸傳動(dòng)一般高速執(zhí)行電機(jī)的選擇第七十頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.2執(zhí)行電機(jī)的選擇2.3執(zhí)行元件的選擇

負(fù)載通常給定技術(shù)指標(biāo)：Ωm、εm、ec、ev、ea、em、JZ、MC、σ﹪、ts1.單軸傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選擇一般高速電機(jī)的選擇低速力矩電機(jī)的選擇第七十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日電機(jī)給定技術(shù)指標(biāo)：一般電機(jī)：Ue、ne、Ie、Pe、Me、Jd

[kg·m2]若未給Jd，給出GD2（飛輪轉(zhuǎn)矩）則兩相異步電機(jī)：Ue、Ie、Pe、Me、n0、Mdd(堵轉(zhuǎn)力矩）、

Tm(電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)）

，此時(shí)最大一般高速電機(jī)的選擇2.3執(zhí)行元件的選擇第七十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日

ne≥nm=

Me≥Mc+(Jd+Jz)·εm過載檢驗(yàn)：λMe≥Mm普通型:λ起重型:λ鼠籠轉(zhuǎn)子:λ≈1.8-2空心杯轉(zhuǎn)子:λ≈直流電動(dòng)機(jī)：λ≈2.5-3，若絕緣好，λ≈4-5t≤1秒時(shí)：λ≤102.3執(zhí)行元件的選擇

執(zhí)行電機(jī)的選擇t≤3秒：三相異步電機(jī)兩相異步電機(jī)第七十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日低速力矩電機(jī)的選擇2.3執(zhí)行元件的選擇電

機(jī)

給

定

技

術(shù)

指

標(biāo)

：n0、Mfd、Mld、Um、U、Jd

[kg·m2]試湊：MΣ

=Mc+(Jd+Jz)·εm，驗(yàn)算：穩(wěn)態(tài)檢驗(yàn)

Ω0=n0

ΩL0=n0

=Ω0若t≤3秒，則檢驗(yàn)MA≥MΣ，否則重選電機(jī)。若t>3秒，則檢驗(yàn)MB≥MΣ，否則重選電機(jī)。

執(zhí)行電機(jī)的選擇：MΩΩ0MfdMldΩL0ABMBMAΩα此時(shí)Ω=Ωα第七十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日求力矩電機(jī)的電勢系數(shù)過載檢驗(yàn)：

Umax

----快速反轉(zhuǎn)所加的電樞最大電壓

Ωmax

----最大角速度

RΣ

----電樞回路總電阻

Km(N·m/A)

----電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)②短時(shí)過載檢驗(yàn)2.3執(zhí)行元件的選擇式中：第七十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日要求ω≥ωb帶寬ωb的概念閉環(huán)傳遞函數(shù)，則

ω=ωb時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：在γ∈[300~600]時(shí)，工程上近似有

ωb≈(1.2~2)ωC③動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)2.3執(zhí)行元件的選擇若系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)提出要求：ω≥ωb,t≤ts|Φ（ω）|ωωb|Φ（ω0）|第七十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日

ωc與ε的關(guān)系2.3執(zhí)行元件的選擇W

(

s

)eΦrΦc當(dāng)ω=ωc時(shí),第七十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日M與ω的關(guān)系2.3執(zhí)行元件