伺服電機(jī)選型.ppt

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1、伺服系統(tǒng)概述(1)伺服系統(tǒng)的一般組成(2)伺服系統(tǒng)的分類(3)機(jī)電一體化裝備對(duì)伺服系統(tǒng)的要求伺服系統(tǒng)的一般組成控制器+功率放大+執(zhí)行元件+機(jī)械部件+檢測(cè)裝置伺服系統(tǒng)的分類按執(zhí)行元件分類伺服系統(tǒng)的分類按控制原理分類機(jī)電一體化裝備對(duì)伺服系統(tǒng)的要求穩(wěn)、準(zhǔn)、快1）、高的穩(wěn)定性裝備正常工作的先決條件2）、快速性配合控制計(jì)算機(jī)的快速需要3）、高精度高精度機(jī)電裝備的需要5.4機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)機(jī)電裝備的特點(diǎn)？與普通裝備相比伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)動(dòng)力方法設(shè)計(jì)是在一般機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其目的是確定伺服電機(jī)的型號(hào)以及

2、電機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)相互匹配，但不計(jì)算控制器的參數(shù)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，因此這種方法屬于靜態(tài)設(shè)計(jì)范疇．對(duì)于電氣式伺服系統(tǒng)來說，就是要根據(jù)伺服系統(tǒng)的負(fù)載情況，確定伺服電機(jī)的型號(hào)．這就是伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配問題，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)選定了伺服系統(tǒng)的類型以后．需要選定執(zhí)行元件。對(duì)于電氣式伺服系統(tǒng)來說，就是要根據(jù)伺服系統(tǒng)的負(fù)載情況，確定伺服電機(jī)的型號(hào)．這就是伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配問題，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)。伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配主要是指慣量、容量和速度的匹配一、慣量匹配二、容量匹配三、速度

3、匹配四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算旋轉(zhuǎn)機(jī)械與直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械慣量，按照能量守恒定律，通過等效換算，均可用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來表示。是指伺服系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)物體的慣量折算到驅(qū)動(dòng)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。一、慣量匹配（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算1．聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在機(jī)電系統(tǒng)中，經(jīng)常使用齒輪副、皮帶輪及其它回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件來傳動(dòng)，傳動(dòng)時(shí)要進(jìn)行加速、減速、停止等控制，在一般情況下，選用電機(jī)軸為控制軸，因此，整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要換算到電機(jī)軸上。當(dāng)選用其它軸作為控制軸時(shí)，此時(shí)應(yīng)對(duì)特定的軸求等效轉(zhuǎn)

4、動(dòng)慣量，計(jì)算方法是相同的．一、慣量匹配如圖所示，軸1為電機(jī)軸，軸2為齒輪軸，它們的轉(zhuǎn)速分別為n，和幾：軸1、小齒輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，而軸2和大齒輪對(duì)軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算1．聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能各為一、慣量匹配現(xiàn)在的控制軸為軸1，將軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算到對(duì)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，根據(jù)能量守恒定理，轉(zhuǎn)換時(shí)能量守恒，則（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算1．聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一、慣量匹配所以上式中——軸2對(duì)軸l的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。推廣到一般多軸傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)各軸的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n

5、3、…、nk各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為J1、J2、J3、…JK，所有的軸對(duì)軸1的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算一、慣量匹配2．直線運(yùn)動(dòng)物體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在機(jī)電系統(tǒng)中，機(jī)械裝置不僅有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部分，還有作直線運(yùn)動(dòng)的部分。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量雖然是對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提出的概念，但從本質(zhì)上說它是表示慣性的一個(gè)量，直線運(yùn)動(dòng)也是有慣性的，所以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q也可以借用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來表示它的慣性．（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算一、慣量匹配2．直線運(yùn)動(dòng)物體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量圖表示伺服電機(jī)通過絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)給工作臺(tái)，現(xiàn)在求該工作臺(tái)對(duì)特定的控制軸（如電機(jī)軸）

6、的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)m為工作臺(tái)的質(zhì)量，v為工作臺(tái)的移動(dòng)速度，[Jm]為m對(duì)電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的動(dòng)能為假設(shè)將此能量轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能量，根據(jù)能量守恒定理得所以（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算一、慣量匹配2．直線運(yùn)動(dòng)物體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量推廣到一般情況，設(shè)有k個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的物體，由一個(gè)軸驅(qū)動(dòng)，各物體的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、…mk，各物體的速度分別為v1、v2、v3、…vk，控制的轉(zhuǎn)速為n1，則對(duì)控制軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（一）等效負(fù)載慣量J，的計(jì)算一、慣量匹配3．回轉(zhuǎn)和直

7、線聯(lián)動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在有的機(jī)電系統(tǒng)中，既有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，也有作直線運(yùn)動(dòng)的部件。綜合以上兩種情況就可以得到回轉(zhuǎn)一直線運(yùn)動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)特定的控制軸i（例如電機(jī)軸）的整個(gè)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，按下式計(jì)算式中k—構(gòu)成裝置的回轉(zhuǎn)軸的個(gè)數(shù)；k′—構(gòu)成裝置的直線運(yùn)動(dòng)部件的個(gè)數(shù)；ni—特定控制軸i的轉(zhuǎn)速；nj—任意回轉(zhuǎn)軸j的轉(zhuǎn)速；vj—任意直線運(yùn)動(dòng)部件j的移動(dòng)速度；Jj——對(duì)任意回轉(zhuǎn)軸j的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；mj—任意直線運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。（二）慣量匹配原則一、慣量匹配1．步進(jìn)電機(jī)的慣量匹配條件負(fù)載慣量JL的大小對(duì)電

8、機(jī)的靈敏度、系統(tǒng)精度和動(dòng)態(tài)性能有明顯的影響，在一個(gè)伺服系統(tǒng)中，負(fù)載慣量JL和電機(jī)的慣量Jm必須合理匹配．根據(jù)不同的電機(jī)類型，匹配條件有所不同。為了使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，通常推薦：由于步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性曲線是在空載下作出的，檢查其起動(dòng)能力時(shí)應(yīng)考慮慣性負(fù)載對(duì)起動(dòng)頻率的影響，即根據(jù)起動(dòng)慣頻特性曲線找出帶慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率，然后，再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起