数控机床机电系统有机结合分析与设计.ppt

《数控机床机电系统有机结合分析与设计.ppt》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、数控机床机电系统有机结合分析与设计以机电伺服系统设计为例，重点学习：机电有机结合的稳态设计考虑方法机电有机结合的动态设计考虑方法主要任务：围绕被控制对象的具体要求，采用合理的设计方法，寻求最终获取机械运动规律和运动性能指标参数。9/15/202116.1稳态与动态设计机电伺服系统设计过程：1.初步设计方案包括系统主要元部件种类、各部分之间连接方式、系统控制方式、所需能源供给形式、校正补偿方法、信号转换方式等9/15/202126.1稳态与动态设计机电伺服系统设计过程：1.初步设计方案2.理论设计－－稳态设计①使系统的输出运动参数达到技术要求。②执行元件的参数

2、选择。③功率（力/力矩）匹配以及过载能力的验算。④各主要元件的选择与控制电路的设计。⑤信号的有效传递。⑥各级增益的分配。⑦各级之间阻抗的匹配和所采取的抗干扰的措施。⑧建立系统数学模型9/15/202136.1稳态与动态设计机电伺服系统设计过程：1.初步设计方案2.理论设计－－稳态设计－－动态设计设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标要求。通常需进行计算机仿真，或用计算机进行辅助设计3.试验与调试9/15/202146.2稳态设计系统稳定设计的目的：使控制被控对象能完成所需要的机械运动，即进行机械系统的运动学、动力学分析以及计算，保障整个机电一体化系统的整体

3、性能。9/15/20215一、典型负载分析（1）典型负载形式无论被控制对象的运动形式如何，负载形式及其特点千差万别，归纳起来具有一些共性负载——典型负载。包括：惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载。目的：获取负载特征参量。为系统执行元件，机械变换机构等的选用或设计，系统进行稳定性设计和动态设计创造条件。9/15/20216（2）惯量和负载的等效换算惯量和负载转换的作用：为使所选择执行元件（功率、力/力矩、运动参量）与被控对象的固有参数（质量、转动惯量、运动参数）等相匹配，应将输出轴各部分的惯量和负载转换到执行元件的输出端，以便进行执行元件的选择。9/15/

4、202171）等效转动惯量的计算无论机械传动或变换元件是直线运动还是回转运动，应用总动能不变的原理，可进行等效转动惯量的计算。能量守恒：E=Ek9/15/202182）等效负载转矩的计算无论外部或内部负载是力还是力矩，应用虚功原理，可进行等效负载转矩的计算。9/15/20219二、执行元件的匹配选择执行元件的匹配选择主要包括转矩匹配、功率匹配、过热保护系数和过载保护系数验算四部分。直流电机步进电机及驱动步进电机基本结构9/15/202110（1）执行元件的转矩匹配考虑机械传动效率，则执行元件的等效输出转矩：注意：执行元件为伺服电动机时，电动机工作区域应在恒转

5、矩输出调速区内。测算执行元件输出轴上的等效转矩（摩擦负载和工作负载）和等效惯性转矩T惯的总和。9/15/202111（2）执行元件的功率匹配电机功率的合理确定是执行元件选择的重要参数之一。主要依据电机的等效负载和最高转速确定。常用下式进行预选。再通过过热验算和过载验算，最终确定电机的功率。9/15/202112（3）电机的过热验算电机在一定工作时间范围内，负载转矩变化时，应用等效法（励磁磁通近似不变）计算电机的等效转矩（平均转矩）。电机不产生过热的条件为：，（4）电机的过载验算9/15/202113三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配减速比匹配的目的是可最

6、终获得被控制对象的运动规律和运动速度要求。（1）减速比匹配选择的一般原则要求在第2章中，提到了机械传动减速比的分配原则，主要依据是转动惯量最小、重量最轻、传动误差最小，以及综合考虑来确定各级传动的减速比。本节提到的减速比匹配及分配，是以满足控制对象的运动特性、加速特性和动力特性为准则。9/15/202114即依据负载特性、脉冲当量（分辨率）、系统综合要求等来选择确定。减速比要满足被控制对象的调速范围，并使在一定条件下综合指标参数达到最佳，也要满足脉冲当量（分辨率）与进给角之间的相应关系和在一定条件下输出转速最大或输出转矩最大等要求。（2）各级减速比的分配原则

7、与方法1）按加速度最大原则选择减速比当要求输入信号变化快、响应快、加速度大时，应按下式决定减速比i：9/15/2021152）按输入速度恒定原则选择减速比在输入速度信号近似恒速时，有加速度最小，可按下式确定减速比i：3）满足脉冲当量、进给角、丝杠基本导程匹配关系选择减速比4）减速器输出轴转角误差最小原则选择减速比即最小原则：9/15/2021165）按速度和加速度规定要求选择减速比在速度和加速度有要求时，除按加速度最大原则选择减速比外，还应依据负载最大角速度与电机输出角速度之间的关系，最终确定减速比。注意：应用上述方法确定机械传动部分的减速比，不能单一应用某

8、一种方法，应用多种方法，综合分析，结合被控制对象的具