机电传动伺服控制系统.doc

《机电传动伺服控制系统.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、哈尔滨理工大学研究生考试试卷考试科目：机电传动伺服控制系统阅卷人：吴开宇专业：机械电子工程学号：1420100901姓名：王鹏飞2015年5月10日目录第1章设计任务及步骤-2-1.1设计任务-2-1.2设计步骤-2-第2章总体方案确定-4-2.1机械传动部件的选择-4-2.2控制系统的设计-5-第3章电动机的计算与选型-6-3.1电动机的计算与选型-6-3.2电动机最大静转矩的选定-8-3.3电动机的性能校核-8-3.4增量式旋转编码器的选用-10-3.5电动机驱动电源的选用-10-参考文献-11-附录-12-X-Y数控工作台机电系统设计班级：机械研14-2班姓名：王

2、鹏飞学号：1420100901第1章设计任务及步骤1.1设计任务设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：滚珠丝杠:公称直径d0=20mm总长l=500mm导程Ph=5mm材料密度ρ=7.85×10-3kg/cm3传动效率96.4%；直线滚动导轨副，采用双导轨、四滑块形式，单滑块最大垂直方向载荷756N；移动部件总重力G=800N；X方向铣削力1609N，Y方向铣削力366N，Z方向铣削力556N；采用一级减速，减速箱减速比i=25/12；小齿轮宽度b1=20mm直径d1=36mm；大齿轮宽度b2=20mm直径d2=75mm；齿轮采用45#钢；X、Y方

3、向的脉冲当量δ=0.005mm；定位精度±0.01mm；工作台面尺寸为230mm×230mm；加工范围250mm×250mm；工作台的空载最快速度Vxmax=Vymax=3000mm/min；进给最快速度Vxmax=Vymax=400mm/min；1.2设计步骤：1.根据机械结构，求得电动机转轴上的总转动惯量；2.计算不同工况下加载到电机轴上的等效负载转矩，取其中最大的等效负载转矩作为确定电机最大静转矩的依据；3.确定电机型号，列写电机详细参数；4.对选择的电机进行校核(最高进给转速时电动机输出转矩校核，最快空载移动时电动机输出转矩校核，如果选用步进电机还要进行电机最高

4、连续运行频率校核和启动频率校核)5.增量式旋转编码器的选用第2章总体方案确定2.1机械传动部件的选择（1）伺服电动机的选用任务书规定的脉冲量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。（2）检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用

5、半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。2.2控制系统的设计（1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89C52作为控制系统的CPU，

6、应该能够满足任务书给定的相关指标。（3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。（4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。第3章电动机的计算与选型3.1电动机的计算与选型1.计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量已知：滚珠丝杠的公称直径=20mm，总长l=500mm，导程＝5mm，材料密度；移动部件总重量G=800N;小齿轮宽度＝20mm，直径=36mm;大齿轮宽度＝20mm，直径=75mm；传动比i=25/12。参照表，算得各个零部件的转动惯量如下（具体计算过程从

7、略）：滚珠丝杠的转动惯量=0.617，拖板折算到丝杠上的转动惯=0.517，小齿轮的转动惯量=0.259，大齿轮的转动惯量=4.877。初选步进电动机型号为90BYG2602，为两相混合式，二相四拍驱动时步距角为0.75º，则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为=++(++)/=30.35（1）2.计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩可以分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。其中，快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上