机械系统设计第２版朱龙根主编第七章控制系统设计课件教学.pptVIP

PPT研究院 POWERPOINT ACADEMY * * 2．滚珠丝杠驱动装置 常用伺服驱动滚珠丝杠的支承有两种基本形式：一端止推和两端止推。由滚珠丝杠组成的驱动装置包括滚珠丝杠支承轴承、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母及与螺母联接的导板。滚珠丝杠的安装形式对丝杠驱动装置的刚度有较大影响，为实现预紧，止推端由两个“背靠背”安装的轴承组成，以增加支撑刚度。 由于滚珠丝杠是可调整的无间隙的传动件，因此，驱动装置的总刚度 K 是上面装置动态特性的决定性特征。有关计算公式列于210页的表 7－6 中。 当滚珠丝杠直径是螺距的 3 倍以上时，其扭转刚度为轴向刚度的 20 倍以上，扭转刚度对固有频率的影响小于 2 . 5 % ，可忽略不计。但当丝杠的直径小而螺距大时，扭转变形的影响则不可忽略。 3．移动部件的导轨面 相对来讲，移动部件的导轨面刚度一般比较大，因此，对伺服系统的影响主要体现在摩擦和阻尼两个方面。目前，普遍使用的导轨有滑动、滚动、静压三种导轨形式。 五、伺服系统的性能及机电匹配 伺服系统必须具有满足系统工作性能要求的精度、跟踪稳定性和快速响应性，而这三者与系统的成本是密切相关的。 对上述性能的影响因素有： 1）系统的固有频率； 对于机械传动装置，由于弹性、摩擦及间隙等因素始终存在，因此，由它们引起的机械结构谐振一般很难避免。为了保证系统的稳定性，应采取一些合理的措施来提高机械系统的刚度、减小惯量，以提高其固有频率。 一般要求，机械第一固有频率是伺服驱动系统固有频率的 2－3 倍，机械其他固有频率是机械第一固有频率的 2－3 倍。使各环节的固有频率显著错开，也是避免系统发生藕合振动的有效措施。 2）系统刚度与转动惯量。 刚度与转动惯量是决定系统固有频率的两个主要参数，必须在满足系统固有频率要求的前提下，综合考虑刚度与转动惯量的合理数值。 六、伺服系统的误差 由稳态误差分析可知，线性系统中影响系统精度的参数只与系统的无差度和开环放大倍数有关。其他参数只影响系统的动态过程，而不影响系统的稳态误差，即不影响系统精度。但实际应用的伺服系统包括许多非线性特性，这些非线性特性主要有功率放大装置的不灵敏区、机械传动装置的有限刚度、非线性摩擦及间隙等。这些非线性因素除了影响伺服系统的稳定性外，还影响伺服系统的精度。 1.伺服刚度和机械刚度的失动量 在图 7－38 所示的伺服驱动系统中，假定检测器的误差为零，负载停止在零状态，这时，如果相反地对驱动电动机输出轴加载转矩，则停止位置将发生变化；若取消负载，系统又回到原来的停止点。故伺服系统具有弹簧性质，伺服系统的这种特性叫做伺服刚度，伺服刚度的实质是电气传动系统的转矩增益。 如果把这种驱动电机通过齿轮机构、滚珠丝杠与工作台装置连接起来，构成如图 7－39 所示的准闭环伺服系统，若不考虑齿侧间隙及其他零件间隙的影响，由于工作台导轨面上有摩擦阻力，构成驱动电动机在定位停止点的负载转矩，使驱动电动机停在离指令值稍前的转角位置上，即工作台停留的实际位置与指令位置间有偏差。这种现象就是由伺服刚度引起的失动，其位置偏差值即为由伺服刚度引起的失动量。 实际上，在负载转矩作用下，所有受载零件，如图 7－39 中的齿轮、滚珠丝杠等均会产生某种程度的弹性变形，也会引起工作台相应的失动量。因此，可视伺服刚度与机械刚度为一串联系统，其等效的弹簧－质量系统如图 7－40 所示。 2.失灵区引起的失动量 在控制系统中，由于功率放大装置、静摩擦、传动副的间隙等的影响，使系统出现输入信号在零值附近的某一个小范围内没有相应的输出信号，只有当输入信号大于此范围时才有输出信号的现象，这种有输入信号而无输出信号的区段叫做失灵区或称死区。失灵区也会引起失动量，使执行构件产生定位误差。 在线教务辅导网： 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 馋死 3．直流伺服电动机的调速及驱动系统 他励直流电动机调速方法有两种：1）改变电枢外加电压；2）改变气隙磁通量。 直流伺服电动机的驱动系统，已经成为一个独立、完整的模块，称为速度控制单元。现在直流速度控制单元较多地采用晶闸管（即可控硅 SCR，Silicon Controled Rectifier ）调速系统和晶体管脉宽调制（ PWM , Pulse Width Modulation ）调速系统。直流速度控制单元接收转速指令信号（多为电压值），改变为相应的电枢电压，即可达到永磁直流伺服电动机速度调节的目的。 （三）交流伺服电动机 由于直流电动机具有优良的调速性能，因此长期以来，在要求调速性能较