机电装备设计(10)

《机电装备设计(10)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1第五章机电装备伺服系统设计5.1概述世界上第一个伺服系统由美国麻省理工学院辐射实验室(林肯实验室的前身)于1944年研制成功--火炮自动跟踪目标伺服系统，采用直流电动机驱动方式；二战期间，由于军事上的需求，电液伺服系统被广泛地应用于武器、舰船、航空、航天等军事工业部门以及高精度机床控制。60年代的伺服系统中，液压控制有优于直流伺服电动机控制的趋向；进入70年代，由于电力电子技术的发展，如GTO、GTR、P-MOST、IGBT应用，用PWM控制改善了电机的控制性能，对电液伺服提出了挑战；270年代以来，大

2、惯量宽调速直流伺服电机，在机床进给伺服中广泛应用；现代控制理论适应于---多变量时变系统，为计算机在伺服系统中的应用奠定了理论基础；用计算机完成系统的校正、改变伺服系统的增益、带宽，完成系统管理---系统向智能化发展；采用SPWM控制交流永磁式伺服电机，得到高的位置精度，是其它控制所不能比拟的；微电子突飞猛进，新元件、新器件、新理论、新技术使伺服系统向智能化方向发展。3仿形铣床随动系统示意图4仿形铣床方框图数控进给伺服系统5伺服系统定义：伺服系统(servosystem)又称随动系统或自动跟踪系统，是指以

3、机械参数(位移、速度、力和力矩等)作为被控量的一种自动控制系统，能自动地、迅速地、连续地、精确地响应输入指令的变化规律。应用：1、数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹的控制；2、电弧炼钢炉中电极的位置控制；3、跟踪雷达天线俯仰角、方位角的自动控制等。上述尽管对象的机械结构、传动形式不同，对伺服系统的要求也有差别，但共同的一点是带动对象按需要的规律作机械运动。65.1.1基本要求(1)、稳定性系统在其工作范围内是稳定、可靠的；(2)、精度比较经济地达到给定精度的要求；(3)、快速响应性系统响应输入指令的速度

4、要快；(4)、可承受频繁起动、制动和反转，振动和噪声小，可靠性高，寿命长；(5)、灵敏度系统对参数变化的灵敏度要小，即系统性能不因参数变化而受到太大的影响；(6)、抗干扰性系统应具有良好的抵抗外部负载干扰和高频噪声的能力等；(7)、方便性调整、维护方便。75.1.2伺服系统分类按其控制原理分：开环、全闭环和半闭环控制三种形式；按其被控量的性质分：速度、位置、同步、扭矩控制等形式；按其驱动方式分：电气伺服、气压伺服、液压伺服等形式；按执行元件分：步进伺服、直流伺服、交流伺服等形式。开环伺服系统大多采用步进电

5、机、闭环和半闭环伺服系统大多采用直流伺服电机和交流伺服电机。8对不同的机电一体化设备，伺服系统驱动部件时所需功率的差异很大。在确定驱动方式时，一般从输出功率与响应频率两个方面综合选择。液压驱动伺服系统输出功率大、响应频率高；气压驱动伺服系统响应频率低但输出功率大；伺服电机驱动的伺服系统，对不同的伺服电机具有不同的要求，因此具有所选择的输出功率范围大、响应频率宽的特点。在机电一体化产品中，常采用伺服电机驱动的伺服系统。91、气压伺服2、步进电机和两相交流感应电机3、微小驱动力矩电机和螺线管传动4、移动线圈直

6、线电机5、AC电机(无刷DC电机)6、DC电机7、液压伺服伺服系统适用范围105.2典型伺服系统5.2.1步进电动机控制的开环系统步进电动机的运行特性与配套使用的驱动电源有密切关系。驱动电源由环形脉冲分配器、功率放大器组成，如图所示。只要控制输入电脉冲的数量和频率就可精确控制步进电动机的转角和速度。11步进电机驱动的开环伺服系统121.主要静态特性1）静态距角特征定义：静态时（步进电机某相绕组通电时，转子处于不动状态），电磁转矩T与失调角θ之间的关系，即T＝f（θ）。2）最大静态转矩Tmax即静态矩角特性

7、的电磁转矩最大值。3）最大启动转矩Tq即静态矩角特性的交点电磁转矩。134）启动频率定义：步进电机在带载状态下，能够不失步启动的最高频率fst。一般空载启动频率比带载高。设计中启动转矩Tq≥TL。145）惯频特性一般说来，步进电动机负载转动惯量增加，启动频率下降。步进电动机带动纯惯性负载时，启动频率和负载转动惯量之间的关系，称为启动惯频特性。15当在启动惯频特性曲线上查不到带惯性负载的最大启动频率时，用下式近似计算：162动态特性步进电机的动态特性影响动作快速及可靠性。与负载特性、电源的驱动方式有关。步进

8、电机在运行状态下的转矩称动态转矩。一般，脉冲频率f↑，动态转矩T↓。17选择步进电动机，根据最大负载力矩，最大启动力矩，最大速度，最大加速度等，根据步进电动机的特性，综合考虑进行选择，工作中要求步进电动机能严格跟随指令脉冲，不发生失频、振荡，能快速起动、停止、正反转和高效运转。具有良好的动态特性。在最高连续工作频率能满足产品移动的要求。使其步距角与机械系统相匹配，以得到所需的脉冲当量。183参数确定19当工作台旋转时开环系统的