进给伺服系统设计(伺服系统的动力方法设计)

伺服系统的设计包括：

伺服系统静态设计的动态方法设计

伺服电机型号和电机机械系统参数相互匹配。

控制理论方法设计-控制器参数和动态性能指标

一，惯性匹配：

（1）。等效负载惯量JL计算

1.驱动转子的惯性矩：

旋转运动的动能：根据节能:推广到多轴系统： 2.线性运动物体的等效惯性矩：

使用螺母驱动工作台的示例：

线性运动台的动能：

根据能量守恒，该能量被转换为电动机轴的旋转动能。

扩展为通用系统： 3.旋转和线性耦合装置的等效转动惯量：（2）惯量匹配原理

1.步进电机的惯量匹配条件：

惯性负载的最大启动频率： 2.交直流伺服电机的惯量匹配原理：

使用惯性较小的直流伺服电机的伺服系统

对于使用大惯量直流伺服电机的伺服系统

2.匹配容量：

（1）计算等效扭矩

1.计算等效负载转矩[TL]

根据能量守恒定律：

一些机械设备在轴上作用的载荷不止一个。此时，值为 2.计算等效摩擦转矩[Tf]

由于机械设备损失的大部分功率是为了克服摩擦力，因此，基于等效摩擦转矩的机械效率进行粗略估算即可完成任务：

3.计算等效转动惯量[Ta]

电动机改变速度时，需要一定的加速转矩。

（2个）伺服电机容量匹配原理

1.步进电机容量匹配

2.交流和直流伺服电机的容量匹配：

直流伺服电机的转矩-速度特性曲线分为连续工作区域，间歇工作区域和加减速工作区域。电机转矩选择方法不同。在工程中，根据电动机加热条件的等效原理，重复的短时工作系统等效于要选择的电动机的连续工作系统。

3，速度匹配

对于动力电动机，额定速度越高，电动机尺寸越小，重量越轻。电机速度越高，传动比越大，这有助于减小等效转动惯量。增加了伺服电动机和电动机的负载能力。因此，电动机通常以高转速和低转矩运行。然而，机械装置在低速和高转矩条件下运行，因此有必要在伺服电动机和机械装置之间匹配减速器。减速器的减速比应根据负荷分析合理选择。

4.伺服电机选择示例：

（1）步进电机选择示例

工作台（托架）的重量为W=2000N，托架导轨之间的摩擦系数为μ=0.06，最大车削切削力为FZ=2150N，y方向的切削分力Fy=2FZ=。 4300N（垂直于导轨），要求切削刀具的进给速度v1=10-500mm/min，快速冲程速度v2=3000mm/min，额定滚珠丝杠直径d0=32mm，导程tsp=。 6mm，螺丝的总长度l=1400mm，滑架的最大行程为1150mm，定位精度为±0.01mm，选择合适的步进电机。

图4.18步进电动机驱动工作台1.脉冲等效选择：

在主要选择中，三相步进电动机的步进角为0.75°/1.5°。步距角θ=0.75°，每转脉冲数S=360°/θ=480。根据脉冲当量的定义，首先选择的脉冲当量δ=0.01mm，可得到如下中间齿轮传动比i 。

选择小齿轮齿数Z1=20，Z2=25。模块m=2

2.计算等效负载转矩

（1）空载时的等效摩擦转矩Tf

（2）转动期间的等效负载转矩TL 3.等效转动惯量

（1）滚珠丝杠转动惯量Jsp

（2）转换为电机轴JW的滑架运动惯性矩（3）大齿轮Jg2的惯性矩（4）小齿轮Jg1的惯性矩 4.电动机型号

的主要选择已知TL=241.4（N.cm。），JL=7.76（N.cm. s2），主要电机型号为110BF003，

此处可获得最大静态转矩Tmax=800，转子惯性Jm=4.7（N.cm. s2）。

惯性匹配和容量匹配条件

5.速度验证

（1）检查快进速度

当fmax=6000HZ时，检查步进电机的工作转矩-频率曲线。

电动机转矩Tm=90（Ncm）Tf=11.46，根据该频率，可以计算最大进给率v2。

（2）检查运行速度计算总之，您可以选择这种类型的电动机

（2）DC伺服电动机选择示例

线性位移脉冲当量δ=0.01mm，最大进给速度v2=6000mm/min，加速时间0.2s，移动重量W=2000N，移动速度6m/min，滑轨之间的摩擦系数μ=0.065，电机丝杠直接开车。丝杠的外径为55mm，因此请选择合适的DC伺服电机。

图4.19直流伺服电动机驱动工作台

1.根据脉冲当量确定导螺杆和齿轮比。

如果知道δ和编码器分辨率，则可以知道步距角。

转换为电动机轴 2.计算所需的电动机速度

编码器轴的转速

3.等效负载转矩的计算

预紧力F2=F1/3=433.33（N） 4.等效转动惯量的计算移动体

传动体

5.电动机模型的主要选择

TL=200.45（N.cm），JL=245（kg.cm2），电动机模型的主要选择称为CN-800-10，

。

此处可获得最大静态转矩TR=830（N.cm），转子惯性Jm=91（kg.cm2）。

6.计算电动机所需的转矩Tm。