第3章 执行元件与驱动系统＂.ppt

(2) 系统执行元件的功率匹配 上述可知，在计算等效负载力矩和等效负载惯量时，需要知道电机的某些参数。在选择电机时，常先进行预选，然后再进行必要的验算。预选电机的估算功率P可由下式确定 式中 —电机的最高角速度(rad/s)； —电机的最高转速(r/min)； —考虑电机的功率富裕系数，一般取 ＝1.2～2，对于小功率伺服系统可达2.5。 二、伺服系统稳态设计 二、伺服系统稳态设计 3. 减速器传动比的计算及分配 减速器传动比应满足驱动部件与负载之间的位移、转速和转矩的关系。不但要求传动构件要有足够的强度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一加速度时所需转矩小，即在同一驱动功率时，其加速度响应为最大。以步进电动机为例，其传动比可按下式计算： 式中 为步进电动机步距角(o)； 为丝杠导程(mm)； 为工作台运动的脉冲当量(mm)。 如计算出的值较小，可采用同步齿形带或一级齿轮传动，否则应采用多级齿轮传动。选择齿轮传动级数时，一方面应使齿轮总转动惯量与电动机轴上主动齿轮的转动惯量的比值较小，另一方面还要避免因级数过多而使结构复杂。传动级数一般可按下图来选择。 二 、伺服系统稳态设计 齿轮传动级数确定之后，为了紧凑传动结构以及提高传动精度和动态特性，通常是根据重量最轻或等效转动惯量最小或输出轴转角误差最小的原则进行各级传动比的分配。一般可按下图来分配各级传动比，且应使各级传动比按传动顺序逐级增加。 二、伺服系统稳态设计 ●伺服系统定义——以移动部件的位置和速度 作为控制量的自动控制系统. ●伺服系统的作用: 接受机电装置发来的进给脉冲指令信号，经过信号变换和电压、功率放大由执行元件(伺服电机)将其转换成角位移或直线位移，驱动运动部件实现加工所需要的运动. ●伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械或位置的运动，根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。 一、伺服系统概念 二、伺服系统的基本组成 由以下4部分组成： ? 控制器； ? 功率驱动装置； ? 检测反馈装置； ? 伺服电机(M). 例：数控机床伺服系统 伺服系统结构图 1、开环伺服系统 (1)组成：?步进电机； ?驱动控制电路(控制器). 1、开环伺服系统 (2)开环伺服系统特点 ① 没有位置和速度反馈回路; ② 设备投资低，调试维修方便; ③ 精度差； ④ 高速扭矩小. (3)开环伺服系统应用场合 ①中、低档数控机床; ②普通机床数控改造. 2、闭环与半闭环伺服系统 (1)闭环伺服系统组成示意图 ?组成： ?控制器； ?功率驱动电路； ?检测反馈装置； ?伺服电机. (2)闭环伺服系统的特点 ①精度高 位置测量没有中间环节，可通过闭环控制消除整个环内传动链的全部累积误差. 闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上，检测装置测出实际位移量或者实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得差值，依此构成闭环位置控制，直到差值为零. ②结构复杂、调整困难 由于闭环系统位置环内包含的机械传动部件比较多,因此闭环系统结构复杂、调整困难. (3)半闭环与闭环伺服系统区别 ①半闭环位置检测 装置安装位置： 注意:半闭环位置检测装置安装位置在滚珠丝杠或电机轴上,而不是工作台上. 半开环系统 (3)半闭环与闭环伺服系统区别 ②精度较低 传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差没有得到系统的补偿，因而半闭环伺服系统的精度低于闭环系统. ③调整比较容易 (4)半闭环和闭环伺服系统应用场合 注意: 半闭环系统应用较多,闭环系统一般只用在精度要求较高的大型数控机床上. 图6-3 伺服电动机控制方式的基本形式 为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对伺服控制电动机提出了一些基本要求。 （1）性能密度大。即功率密度 Pw=P/G 或比功率密度 Pbw=(T2/J)/G 大。 （2）快速性好。即加速转矩大、频响特性好。 （3）位置控制与速度控制精度高、调速范围大、低速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。 （4）能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。 （5）易于与计算机对接，实现计算机控制。 三、机电系统对伺服控制电动机的基本要求 四、常用电动机的种类、特点及选用 在机电一体化系统中使用两类电动机,一