伺服系統(tǒng)經(jīng)典的應(yīng)用

伺服系統(tǒng)經(jīng)典的應(yīng)用第1頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)定義

以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)（FeedServoSystem）第2頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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(cè)位置控制速度控制+—--電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動(dòng)位置檢測(cè)—+伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成第3頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

位置檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的移動(dòng)部件的實(shí)際位移量進(jìn)行位置反饋，與位置指令信號(hào)進(jìn)行比較，將兩者的差值進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，變換成速度控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到指令位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)組成

基本工作原理第4頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)要求

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：RN=Fmax/Fmin

一般要求：RN

＞1000，且0.1mm/min≤Fmin

＜1mm/min

穩(wěn)定性：指輸出速度的波動(dòng)要少，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性顯得特別重要。

2.位置精度高實(shí)際位移與指令位移的差值要小。位置精度一般為0.01～0.001mm，甚至可高至0.1μm。

3.穩(wěn)定性好即負(fù)載特性要硬，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或承受外界干擾的情況下，輸出速度應(yīng)基本不變，而且保持平穩(wěn)均勻。

4.動(dòng)態(tài)響應(yīng)快即有高的靈敏度，達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)速度的時(shí)間要短，一般要求在200～100ms，甚至小于幾十毫秒。動(dòng)態(tài)響應(yīng)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表面質(zhì)量的好壞。第5頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)分類(lèi)

伺服系統(tǒng)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋有以下三種：

開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)第6頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置控制器脈沖串方向脈沖相電壓伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)組成第7頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

由控制器送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，無(wú)需位置檢測(cè)裝置。系統(tǒng)的位置精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度、齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的導(dǎo)程或節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性。位置精度較低，其定位精度一般可達(dá)±0.02mm。如果采取螺距誤差補(bǔ)償和傳動(dòng)間隙補(bǔ)償?shù)却胧?，定位精度可提高到?.01mm。此外，由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制，開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給速度也受到限制，在脈沖當(dāng)量為0.01mm時(shí)，一般不超過(guò)5m/min。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)第8頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器信號(hào)處理+—實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動(dòng)—+編碼器伺服電機(jī)位置指令伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成第9頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)

將檢測(cè)裝置裝在伺服電機(jī)軸或傳動(dòng)裝置末端，間接測(cè)量移動(dòng)部件位移來(lái)進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)稱(chēng)為半閉環(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(jī)作為一個(gè)整體，編碼器完成角位移檢測(cè)和速度檢測(cè)，用戶(hù)無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問(wèn)題。這種形式的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在機(jī)電一體化設(shè)備上得到廣泛的采用。第10頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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(cè)+—實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動(dòng)位置檢測(cè)—+伺服電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)或編碼器伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)閉環(huán)伺服系統(tǒng)

閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成第11頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

將檢測(cè)裝置裝在移動(dòng)部件上，直接測(cè)量移動(dòng)部件的實(shí)際位移來(lái)進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能補(bǔ)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)的精度要低一些。由于采用了位置檢測(cè)裝置，所以，閉環(huán)進(jìn)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(cè)裝置的分辨率和精度。閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)因?yàn)椴捎昧宋恢脵z測(cè)裝置，所以在結(jié)構(gòu)上較開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜。另外，由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分或全部包含在系統(tǒng)之內(nèi)，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有頻率、阻尼、間隙等將成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，因此，閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試都較開(kāi)環(huán)系統(tǒng)困難。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)閉環(huán)伺服系統(tǒng)

閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征第12頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)

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(hào)的形式傳送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，伺服驅(qū)動(dòng)裝置本身具有位置和速度控制功能?？刂破髋c伺服驅(qū)動(dòng)裝置之間通過(guò)總線(xiàn)相互傳遞如下信息：位置指令和實(shí)際位置速度指令和實(shí)際速度轉(zhuǎn)矩指令和實(shí)際轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)及伺服電機(jī)參數(shù)伺服狀態(tài)和報(bào)警

全數(shù)字式伺服系統(tǒng)第13頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

CNC

第n軸伺服單元

第1軸伺服單元…………SMPC總線(xiàn)總線(xiàn)SMPC

控制器

第n軸伺服單元

第1軸伺服單元…………SMPC總線(xiàn)總線(xiàn)SMPC伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)

全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成第14頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)

全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點(diǎn)1.系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)節(jié)的調(diào)整由軟件實(shí)現(xiàn)。2.具有較高的動(dòng)、靜態(tài)特性。在檢測(cè)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)。3.引入前饋控制，構(gòu)成了具有反饋和前饋復(fù)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(xiàn)通信方式，極大地減小了連接電纜，便于設(shè)備安裝和維護(hù)，提高了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)通過(guò)顯示終端實(shí)時(shí)監(jiān)控伺服狀態(tài)。

當(dāng)前，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)在機(jī)電一體化設(shè)備驅(qū)動(dòng)中得到了廣泛應(yīng)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信號(hào)，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報(bào)警功能。各控制參數(shù)通過(guò)以下方法用數(shù)字方式設(shè)定：

通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置上的顯示器和按鍵進(jìn)行設(shè)定通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置上的通信接口與上位機(jī)通信進(jìn)行設(shè)定通過(guò)可分離式編程器和驅(qū)動(dòng)裝置上的接口進(jìn)行設(shè)定第15頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)控制器總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置顯示設(shè)定窗口編碼器信號(hào)線(xiàn)三相電源進(jìn)線(xiàn)伺服電機(jī)三相電源第16頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS（ProcessFildbus的縮寫(xiě)）是一種國(guó)際性的、開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為他們生產(chǎn)的設(shè)備提供PROFIBUS接口。PROFIBUS可使分散式數(shù)字控制器從現(xiàn)場(chǎng)底層到車(chē)間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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)，得到令牌的主站再將令牌沿環(huán)傳遞給下一個(gè)主站，在這一確定的時(shí)間內(nèi)，可以任意發(fā)送或接受其他總線(xiàn)設(shè)備的信息。主站決定總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線(xiàn)控制權(quán)時(shí)，沒(méi)有外界請(qǐng)求也可以主動(dòng)發(fā)送信息；從站為外圍設(shè)備，包括輸入輸出裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量變送器等，從站沒(méi)有總線(xiàn)控制權(quán)。僅對(duì)接受到的信息給予確認(rèn)，或當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)向主站發(fā)送信息。第17頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主站主站主站從站從站從站……控制器計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2PLC變頻器伺服驅(qū)動(dòng)第18頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)SERCOS是串行實(shí)時(shí)通信協(xié)議（SerialRealTimeCommunicationSpecification）。SERCOS采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，適用于分布式多軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)字控制。全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)SERCOS接口控制器伺服驅(qū)動(dòng)SERCOS接口SMPCMSTMSTMDTAT1AT2ATn…主站同步數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)伺服數(shù)據(jù)指令周期第19頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)

增益調(diào)整

增益是伺服系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一，它對(duì)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能都有很大的影響，增益大，則系統(tǒng)響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)誤差小。但并非系統(tǒng)的增益越高越好，當(dāng)速度突變時(shí)，高增益可能導(dǎo)致輸出變化劇烈，機(jī)械裝置要受到較大的沖擊，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

加減速時(shí)間設(shè)定

加減速用加減速時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)設(shè)定，加減速時(shí)間越短，速度變化大，系統(tǒng)易引起振蕩；反之，系統(tǒng)的響應(yīng)性變慢。加減速有線(xiàn)性加減速和指數(shù)加減速。在線(xiàn)性加減速中，加速度有突變，應(yīng)根據(jù)負(fù)載慣量核算最大可達(dá)到的加速度，從而確定加速到最大速度所需要的時(shí)間；在指數(shù)加減速中，加速度變化無(wú)突變，速度變化平穩(wěn)，必須設(shè)定加減速總時(shí)間和加減速升降速時(shí)間。第20頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)taavtOv、aavtv、aOtat1t2線(xiàn)性加減速指數(shù)加減速第21頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)

阻尼

剛度

運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械部件易產(chǎn)生振動(dòng)，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(yùn)動(dòng)副（特別是導(dǎo)軌）的摩擦阻尼占主導(dǎo)地位，實(shí)際應(yīng)用中一般將摩擦阻尼簡(jiǎn)化為粘性摩擦阻尼。系統(tǒng)的粘性摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精度越低。對(duì)于質(zhì)量大、剛度低的機(jī)械系統(tǒng)，為了減小振幅，加速衰減?？稍龃笳承阅Σ磷枘?。

剛度為使彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。對(duì)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(dòng)機(jī)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(dòng)的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動(dòng)間隙、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，以提高傳動(dòng)剛度。第22頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)

諧振

對(duì)于質(zhì)量為m、抗壓剛度系數(shù)為k的單自由度直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其固有頻率ω為

對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J、扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)為k的單自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其固有頻率ω為

當(dāng)外界的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而不能正常工作。機(jī)械部件的諧振頻率必須大于電氣驅(qū)動(dòng)部件的諧振頻率。第23頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電匹配

電動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)者在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，只要從電動(dòng)機(jī)的輸出功率、轉(zhuǎn)速、保護(hù)方式三方面考慮選擇電動(dòng)機(jī)就可以了。但在伺服驅(qū)動(dòng)中，還必須考慮伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載特性。在伺服驅(qū)動(dòng)中，它所帶的負(fù)載大多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在轉(zhuǎn)速改變時(shí)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本不變。這就是說(shuō)，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(shuō)明電動(dòng)機(jī)處于額定運(yùn)行，這時(shí)的輸出功率即為額定功率。即伺服電動(dòng)機(jī)在出廠時(shí)給出額定轉(zhuǎn)矩后，其額定功率都是由用戶(hù)決定的，這一點(diǎn)與選用普通的電動(dòng)機(jī)是由很大區(qū)別的。伺服電動(dòng)機(jī)很少工作在恒速運(yùn)行狀態(tài)，而多數(shù)是工作在頻繁的起動(dòng)-停止?fàn)顟B(tài)，在加速和減速時(shí)必須輸出3~5倍的額定轉(zhuǎn)矩，電流也成比例地上升，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，溫升不超過(guò)規(guī)定時(shí)的輸出功率。這一功率是按可以穩(wěn)定運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算出來(lái)的。在選擇伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，不能單純從電動(dòng)機(jī)負(fù)載所需的功率出發(fā)，還必須充分考慮負(fù)載機(jī)械所要求的運(yùn)動(dòng)模式和轉(zhuǎn)矩模式，用不同的控制方式可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)模式第24頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的等效慣量。從伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)模式和轉(zhuǎn)矩模式來(lái)看，在大多數(shù)情況下是處于過(guò)渡過(guò)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(guò)渡過(guò)程的快速性問(wèn)題。應(yīng)該考慮計(jì)算負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大小問(wèn)題。從轉(zhuǎn)子慣量大小來(lái)看，伺服電動(dòng)機(jī)一般可分為超低慣量、低慣量、中慣量等幾個(gè)檔次。在負(fù)載機(jī)械起、制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，可選慣量小一些的伺服電動(dòng)機(jī)，在要求低速運(yùn)行平穩(wěn)而又不頻繁起、制動(dòng)時(shí)，則宜選擇慣量值較大的伺服電動(dòng)機(jī)。另外，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載等效慣量通常要限制在2.5倍的電動(dòng)機(jī)慣量之內(nèi)，使之既保證過(guò)渡過(guò)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(dòng)機(jī)時(shí)要考慮的一個(gè)因素。說(shuō)明書(shū)中有選擇慣量的推薦值。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電匹配第25頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三T1T2T3vv、TtO起動(dòng)t1運(yùn)動(dòng)t2制動(dòng)t3停止t4T4=0伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服電機(jī)運(yùn)行模式第26頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三T1T2T3v1v、TtO起動(dòng)t1快進(jìn)t2工進(jìn)t4停止t6減速t3制動(dòng)t5T4T5v2T6=0伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服電機(jī)運(yùn)行模式第27頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三T1T2v、TtO起動(dòng)t1制動(dòng)t2停止t3T3=0伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服電機(jī)運(yùn)行模式第28頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三有效負(fù)載轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服電機(jī)運(yùn)行模式第29頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三m=500kg（工作臺(tái)、工件）fd=0.065ts=8mm、Js=100kgcm2工作臺(tái)工件fs=0.3i=0.86Jz1=20kgcm2Jz2=30kgcm2傳動(dòng)效率η=0.9

t2=4sT1T2T3vv、TtO

t1=0.5sT4=0

t3=0.5s

t4=1s伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電匹配實(shí)例第30頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算1）工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩Tp=67.5Ncm2）絲杠預(yù)緊后的附加轉(zhuǎn)矩Ts=4.1Ncm

總負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=Tp+Ts=71.6Ncm2.慣量計(jì)算1）運(yùn)動(dòng)部件折算到電機(jī)軸上的等效慣量JpD=23.6kgcm22）絲杠和齒輪折算到電機(jī)軸上的等效慣量JsD=96.1kgcm

電機(jī)軸上總等效慣量JD=JpD+JsD+Jz2=139.7kgcm23.電機(jī)選擇1）電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JM=356.7kgcm2JM/JD=356.7/139.7=2.55＞2.5

（符合要求）2）負(fù)載和電機(jī)總慣量

∑J=JD+JM=496.4kgcm23）電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩TN=3Nm4）電機(jī)轉(zhuǎn)速nN=750r/min伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電匹配實(shí)例第31頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.加減速轉(zhuǎn)矩計(jì)算1）加速轉(zhuǎn)矩T1=292.2Ncm2）勻速轉(zhuǎn)矩T2=71.6Ncm3）減速轉(zhuǎn)矩T3=292.2Ncm5.有效負(fù)載轉(zhuǎn)矩6.結(jié)論因?yàn)門(mén)N＞Te所以電機(jī)選擇符合要求伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電匹配實(shí)例Ncm=2.6Nm第32頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹SANYOBLSuperPseriesACSERVOSYSTEM

系統(tǒng)組成及連接第33頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹SANYOBLSuperPseriesACSERVOSYSTEM

伺服系統(tǒng)組成PulsetraintypeElectronicgearPositionloopgainAcceleration/decelerationtimeSpeedloopproportionalgainintegraltimeconstantCurrentcommandnotchfilterCurrentcommandlooppassfilterCurrentSMPCFrequencyquadruplierFeedforwardgainFeedforwardcommandLowpassfilterOutputpulsefrequencydivisionABCommandpulse＋－＋＋＋－第34頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹SANYOBLSuperPseriesACSERVOSYSTEM

用戶(hù)參數(shù)設(shè)定第35頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹PMAC運(yùn)動(dòng)控制器PMAC運(yùn)動(dòng)控制器是美國(guó)DeltaTau數(shù)字系統(tǒng)公司的產(chǎn)品。借助于Motorola的DSP56系列數(shù)字信號(hào)處理器，PMAC運(yùn)動(dòng)控制器可以同時(shí)操縱1～8根軸。由于每一根軸都是完全獨(dú)立的，一個(gè)PMAC運(yùn)動(dòng)控制器可以操縱8臺(tái)不同機(jī)器的8根單軸，或者同一臺(tái)機(jī)器的8根軸，或者兩者之間的任意組合?？偩€(xiàn)：PC、VME、STD32、PCI、PC104電機(jī)類(lèi)型：直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)（BLDCM、PMSM）、步進(jìn)電機(jī)反饋：增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、直線(xiàn)電壓位移傳感器或電位計(jì)、激光干涉儀、磁致伸縮位移傳感器控制碼：PMAC（類(lèi)BASICASICⅡ命令）、G代碼

簡(jiǎn)介第36頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹

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。速度前饋的作用是減少微分增益或測(cè)速環(huán)路阻尼所引起的跟蹤誤差；慣性所帶來(lái)的跟蹤誤差與加速度成正比，因此可以由加速度前饋來(lái)補(bǔ)償。數(shù)字階式濾波器可以解決機(jī)械諧振的問(wèn)題。第37頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹

從動(dòng)控制

在車(chē)床上加工多線(xiàn)螺紋，PMAC將Z軸從動(dòng)于主軸編碼器，使刀具速度跟蹤主軸速度，從而得到恒定的螺距，這可以在時(shí)基模式下完成。為主軸定義一個(gè)“實(shí)時(shí)”速度，并以此設(shè)置時(shí)基常數(shù)。在主軸運(yùn)行于實(shí)時(shí)速度的前提下為從動(dòng)軸編寫(xiě)程序，時(shí)基控制將會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償主軸速度的變化。第38頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹

從動(dòng)控制*****************Set-upandDefinitions********************&1;DefineaxesinCoordinateSystem1#1－＞10000X;Motor1isXat10000cts/in(radial)#2－＞10000Z;Motor2isZat10000cts/in(radial)spindleencoderhas1024lines/revor4096cts/rev,Atreal-timesspeedof3000rpm(50rps),encoderfrequencyis204.8cts/msecByformula,thetime-baseconstantis131,072/204.8=640.WY:1833,640;Settime-baseconstant(ataddress1833)193=1833;TellCoordinateSystem1tousethis;Addressasthetime-basesource第39頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)例介紹

加工一個(gè)5螺距（每英寸5線(xiàn)）螺桿。設(shè)主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min，則切削速度為10in/s。為了使刀具與每道螺紋配準(zhǔn)（20ms/r），每個(gè)循環(huán)的程序時(shí)間必須精確地為20ms的倍數(shù)。*************MotionProgramText************************OPENPROG77CLEAR;Preparebuffer77forentryP100=3.00;X(radial)dimensionofoutsideofstorkP101=P100;StartinglocationofcutRAPIDX(P100－0.1)Z2;MovequicklytostartingpositionWHILE(P101＜3.10)；Loopuntil0.1inchesdeepP101=P101+0.01;Increasedepth0.01inchesdeepTM100;100msec“plunge”timeX(P101)