伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計

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1、第二章 伺服系統(tǒng)的 穩(wěn) 態(tài) 設 計,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3） 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第

2、二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振 幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第

3、二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,,2.1 設計概述,速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)的共同特點是：通過系統(tǒng)的執(zhí)行元件直接或經(jīng)機械傳動裝置帶動被控對象，完成要求的機械運動。 因此工程上對它們的技術(shù)要求，主要是圍繞著機械運動的規(guī)律和運動參數(shù)的要求。,2.1 設計概述,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算

4、 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3） 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振 幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放

5、大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,2.1.1 速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,速 度 調(diào) 節(jié) 要 求 ： 可 逆 性 要 求：單 向 調(diào) 速、可 逆 調(diào) 速 平 滑 性 要 求：有 級 調(diào) 速、無 級 調(diào) 速 連續(xù)性要求：調(diào)速是連續(xù)的還是容 許 有 間 歇 的 。,2.1 設計概述,2.1.1 速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,2. 系 統(tǒng) 輸 出 軸 要 求 ： 最 大 轉(zhuǎn)

6、 速：nmax(r/min)、max(rad/s)、Vmax(m/s) 最 低 平 穩(wěn) 轉(zhuǎn) 速：nmin(r/min)、min(rad/s)、Vmin(m/s) 調(diào) 速 范 圍 D：,2.1 設計概述,2.1.1 速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)指標要求,,3. 系 統(tǒng) 輸 出 軸 上 負 載 力 矩 變 化 時 ，控 制 精 度 技 術(shù) 指 標 ： 轉(zhuǎn) 速 降 n（ ）：n = n0 n 其 中：n0 --- 控 制 信 號 一 定 的 情 況 下 ， 理 想 的 空 載 轉(zhuǎn) 速 n --- 控 制 信 號 一 定 的 情 況 下 ， 滿 載 時 的

7、 轉(zhuǎn) 速 靜 差 率 ： = ,2.1 設計概述,2.1.1 速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,4. 階 躍 輸 入 下 系 統(tǒng) 的 動 態(tài) 響 應 特 性 ： 最 大 超 調(diào) 量 % 調(diào) 節(jié) 時 間 ts：偏 差 在 5 或 2 范 圍 振 蕩 次 數(shù) N,2.1 設計概述,2.1.1 速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,5. 負 載 擾 動 下 的 動 態(tài) 響 應 特 性 ： 階 躍 擾 動 或 脈 沖 擾 動 下 ， 最 大 轉(zhuǎn) 速 降 nmax(或max或Vmax) 調(diào) 整 時 間 tsf,2.1 設計概述,2.1.1 速度控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,6. 其 它 要 求 ： 工

8、作 制 的 要 求 ：長 期 連 續(xù) 運 行 制 、間 歇 運 行 制 、 短 時 運 行 制 。 系 統(tǒng) 可 靠 性 要 求 ：通 常 用 連 續(xù) 運 行 無 故 障 時 間 來 衡 量 。 使 用 壽 命 使 用 環(huán) 境 條 件 ：環(huán) 境 溫 度 、濕 度 、振 動 、抗 沖 擊 、防 水 、防 化 、防 輻 射 、電 源 條 件 的 限 制 經(jīng) 濟 性 要 求 ：生 產(chǎn) 成 本 、標 準 化 程 度 結(jié) 構(gòu) 型 式 要 求 ：體 積 、質(zhì) 量 、安 裝 特 點 等,2.1 設計概述,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度

9、伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3） 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝

10、置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振 幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,速 度 調(diào) 節(jié) 要 求 ： 平

11、 滑 性 要 求：有 級 調(diào) 速、無 級 調(diào) 速 可 逆 性 要 求：單 向 調(diào) 速、可 逆 調(diào) 速 連續(xù)性要求：調(diào)速是連續(xù)的還是容 許 有 間 歇 的 。,2.1 設計概述,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,2. 系 統(tǒng) 輸 出 軸 要 求 ： 最 大 轉(zhuǎn) 速：nmax(r/min)、max(rad/s)、Vmax(m/s) 最 低 平 穩(wěn) 轉(zhuǎn) 速：nmin(r/min)、min(rad/s)、Vmin(m/s) 調(diào) 速 范 圍 D：,2.1 設計概述,2.1.2 位置伺服系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,3. 系 統(tǒng) 靜 誤 差 es ( 系 統(tǒng) 靜 差) 隨動系統(tǒng)通常設計成無靜差

12、系統(tǒng)， 當系統(tǒng)靜止協(xié)調(diào)時，沒有位置誤差。但實 際系統(tǒng)存在非線性因素，如：測角元件 的分辨率有限、系統(tǒng)輸出端機械運動部 分存在干摩擦等等，都將給系統(tǒng)造成一 定 的 靜 誤 差 。,2.1 設計概述,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,4. 階 躍 輸 入 下 系 統(tǒng) 的 動 態(tài) 響 應 特 性 ： 最 大 超 調(diào) 量 % 調(diào) 節(jié) 時 間 ts：偏 差 在 5 或 2 范 圍 振 蕩 次 數(shù) N,2.1 設計概述,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,等 速 跟 蹤 時，負 載 擾 動 下 的 動 態(tài) 響 應 特 性 ： 最 大 誤 差 角 em f 過 渡 過 程 時 間 tsf,2

13、.1 設計概述,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,6. 系 統(tǒng) 跟 蹤 狀 態(tài) 下 的 誤 差 指 標 ： 速度誤差ev 最大正弦誤差em 相 對 精 度 指 標 ： 速 度 品 質(zhì) 系 數(shù) Kv: (1/s) 加 速 度 品 質(zhì) 系 數(shù) Ka: (1/s2),2.1 設計概述,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,7. 頻 率 響 應 特 性 指 標 要 求 振 蕩 指 標 Mp: 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 閉 環(huán) 幅 頻 特 性 A ( p ) 的 最 大 值 與 A(0) 的 比 值 ；(一 般

14、位 置 伺 服 系 統(tǒng) 無 靜 差 ：A(0)=1 ) 頻 帶 寬 度 b: 閉 環(huán) 幅 頻 特 性 A(b) = 0.707 時 的 角 頻 率。 相 角 儲 量 ,2.1 設計概述,2.1.2 位置控制系統(tǒng)通常的技術(shù)要求,,8. 其 它 要 求 ： 工 作 制 的 要 求 ：長 期 連 續(xù) 運 行 制 、間 歇 運 行 制 、 短 時 運 行 制 。 系 統(tǒng) 可 靠 性 要 求 ：通 常 用 連 續(xù) 運 行 無 故 障 時 間 來 衡 量 。 使 用 壽 命 使 用 環(huán) 境 條 件 ：環(huán) 境 溫 度 、濕 度 、振 動 、抗 沖 擊 、防

15、 水 、防 化 、防 輻 射 、電 源 條 件 的 限 制 經(jīng) 濟 性 要 求 ：生 產(chǎn) 成 本 、標 準 化 程 度 結(jié) 構(gòu) 型 式 要 求 ：體 積 、質(zhì) 量 、安 裝 特 點 等,2.1 設計概述,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.

16、3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3） 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振 幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5

17、 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,,2.1.3 伺服系統(tǒng)的設計步驟,一、調(diào) 研 1. 選 定 伺 服 系 統(tǒng) 各 部 件 型 號 ； 2. 確 定 各 部 件 間 接 口 方 式 ； 3. 選 擇 伺 服 系 統(tǒng) 的 控 制 方 案 ； 4. 確 定 伺 服 系 統(tǒng) 的 主 干 線 路 、輔 助 線 路 及 電 源 二、理 論 設 計 1. 穩(wěn) 態(tài) 設 計 負 載 分 析 計 算

18、選 擇 執(zhí) 行 電 機 選 擇 檢 測 元 件 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇 放 大 裝 置 的 設 計 和 選 擇 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計 和 選 擇 2. 傳 遞 函 數(shù) 的 推 導 3. 動 態(tài) 設 計 希望 特 性 的 繪 制 設 計 校 正 環(huán) 節(jié) 三、調(diào) 試,2.1 設計概述,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊

19、版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3） 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振

20、幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,2.2 負載的分析計算,2.2.1 幾種典型負載,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,干 摩 擦 負 載,粘 性 摩 擦 負 載,慣 性 負 載,干 摩 擦 力 Fc （N）: Fc = |Fc|

21、 Sign V 式中： V -- 負 載 線 速 度,干 摩 擦 力 矩 Mc （N m）: Mc = |Mc| Sign 式中： -- 負 載 角 速 度,粘 性 摩 擦 力 矩 Mb （N m）: Mb = b2 式中：b2 (N s m) 粘性摩擦系數(shù),慣 性 力 矩 MJ（N m）: MJ = J 式中： （rad/s2) -- 負 載 角 加 速 度,粘 性 摩 擦 力 Fb （N）: Fb = b1 V 式中：b1(N s/m) 粘性摩擦系數(shù),慣 性 力 Fm （N）: Fm = m a 式中： a (m/s2)

22、 -- 負 載 線 加 速 度,1.,2.,3.,2.2.1 幾種典型負載,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,位 能 負 載,彈 性 負 載,風 阻 負 載,重 力 W（N）: W = m g,不 平 衡 力 矩 MW （N m）,彈 性 力 矩 Mk （N m）: Mk = k2 式中：k2 (N m/ rad ) 彈性摩擦系數(shù) 角位移,風 阻 力 矩 Mt（N m）: Mt = f2 2 式中： f2（N m s2) 風阻系數(shù),彈力Fk (N): Fk = k1 L 式中：K1(N/m) 彈性摩擦系數(shù) L (m

23、) 線 位 移,風 阻 力 Ft （N）: Ft = f1 V2 式中： f1 (N s2/m2) 風阻系數(shù),4.,5.,6.,2.2 負載的分析計算,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3）

24、2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振 幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述

25、 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,,,2.2.2 負載的折算,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,2.2 負載的分析計算,,,2.2.2 負載的折算,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮 減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,直線運動,F= Fc + Fb

26、 + Fm = Fc+ b1v + ( md + mz ) a,式中: F ---- 電機軸受到的合力 md ---- 電機動子質(zhì)量 mz ---- 負載質(zhì)量,2.2 負載的分析計算,2.2.2 負載的折算,,,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮 減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,旋轉(zhuǎn)運動,M = Mc + MJ = Mc + (Jd + Jz),式中: M ---- 電機軸受到的合力矩 Jd ----

27、電機轉(zhuǎn)動慣量 Jz ---- 負載轉(zhuǎn)動慣量,2.2 負載的分析計算,2.2.2 負載的折算,,,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮 減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,,,考慮減速比i,d = i z d = i z d = i z,i = i1 i2 i3 式 中： i1 、 i2、 i3 ---- 各 級 齒 輪 減 速 比 i ---- 齒 輪 減 速 器 總 的 減 速 比,2.2 負載的分析計算,

28、2.2.2 負載的折算,,,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮 減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,,,考慮傳動效率,,電機的輸出功率與負載消耗功率相等 Md d = MZ Z,,Md = ---------,MZ,i ,,d = i z,,2.2 負載的分析計算,,2.2.2 負載的折算,,,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮

29、減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,,,,,,,,,負載參數(shù)的折算,,,,,,,,,負載參數(shù)的折算,,,,負載參數(shù)的折算,2.2.2 負載的折算,,,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮 減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,,單軸傳動,已 知：負 載 W = m g ，轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 慣 量 Jd ，轆 輪 轉(zhuǎn) 動 慣 量 Jp ，直

30、徑 2R，電 機 和 轆 輪 的 角 速 度 為 ，負 載 線 速 度 v = R,,提升負載時，電機軸上的總負載力矩,,下降負載時，電機軸上的總負載力矩 M=MJ-MW=(Jd+JP+mR2)2 - WR,2.2 負載的分析計算,M=,MJ,+MW,= (Jd,+JP,+mR2)1,+WR,2.2.2 負載的折算,,,1. 單 軸 傳 動,2. 多 軸 傳 動,3.直 線 運 動 與 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換,直 線 運 動,旋 轉(zhuǎn) 運 動,考 慮 減 速 比 i,考 慮 傳 動 效 率,負載參數(shù)的折算,單 軸 傳 動,多 軸 傳 動,2.2 負載的分析計算,多軸傳動,,若 電 機

31、 軸 與 轆 輪 之 間 存 在 減 速 比 i 和 傳 動 效 率 ，則,,提升負載時，電機軸上的總負載力矩 M=MJ+MW= (Jd+ )1+ .,,下放負載時，電機軸上的總負載力矩 M=MJ-MW= (Jd+ )2- .,2.2 負載的分析計算,2.1 設 計 概 述（舊版書：5 1） 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算（舊版書：5 2） 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算

32、 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇（舊版書：5 3） 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇（舊版書：第二章、 5 4） 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 振 幅 調(diào) 制 線 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.6 放

33、大 裝 置 的 設 計 和 選 擇（舊版書：5 4） 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計（舊版書：5 4）,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,,2.2.3 負載的綜合計算,負 載 運 動 有 規(guī) 律,負 載 運 動 沒 有 固 定 規(guī) 律,2.2 負載的分析計算,負載運動有規(guī)律,龍 門 刨 床 工 作 臺 的 控 制 系 統(tǒng)： 執(zhí) 行 電 動 機 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 Jd ,減 速 齒 輪 組 的 減 速 比 i,與 齒 條 相 嚙 合 的 齒 輪 節(jié) 圓 半 徑 R ,總 傳

34、動 效 率 ，往 復 運 動 部 分 的 總 質(zhì) 量 m ,干 摩 擦 力 Fc ,切 削 加 工 時 的 切 削 阻 力 Fp ,其 它 因 素 可 忽 略 。,例1,齒條,,M=,2.2 負載的分析計算,MC,+MP,+MJ,,,,考 慮 實 際 加 工 過 程 往 復 次數(shù) 多 ，需 要 檢 驗 執(zhí) 行 電 機 的 發(fā) 熱 與 溫 升 ，為 此 要 計 算 一 周 內(nèi) 轉(zhuǎn) 矩 的 均 方根 值 Mdx，這 主 要 由 于Q = I2 R t ，而 M = Km I ， 因此 考 慮 Mdx 即 可 檢 驗 執(zhí) 行 電 機 的 溫 升 與 發(fā) 熱 。,,若 考 慮 到 電 機 在 起

35、 動 、制 動 過 程 中 低 轉(zhuǎn) 速 時 散 熱 條 件 差 ， 故 加 權(quán) 系 數(shù) < 1 。一 般 可 取 = 0.75 。若 起 動 段 和 制 動 段 在 一 個 周 期 內(nèi) 占 的 比 例 較 大 ，可 取 = 0.5 。,2.2 負載的分析計算,2.2.3 負載的綜合計算,負 載 運 動 有 規(guī) 律,負 載 運 動 沒 有 固 定 規(guī) 律,,負載力矩不僅與負載性質(zhì)有關，還與運動狀況有關。,2.2 負載的分析計算,在 沒 有 固 定 運 動 規(guī) 律 的 情 況 下 ，工 程 上 常 采用 等 效 正 弦 運 動 方 法 。,,,負載運動沒有固定規(guī)律,,,,C = m sin i t

36、 C = m i cos i t = m i sin( it+90O) C = - m i2 sin it = m i2 sin( it+1800) m = m i m = m i2 m = m2/m i = m/m,2.2 負載的分析計算,Mdx,,,,,某 隨 動 系 統(tǒng) 的 最 大 跟 蹤 角 速 度 為 m ，最 大 跟 蹤 角 加 速 度 為 m ，電 機 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 慣 量 為 Jd ，傳 動 比 為 i，傳 動 效 率 為 ， 被 控 對 象 的 干 摩 擦 力 矩 為 MC ，轉(zhuǎn) 動 慣 量 是 Jz，現(xiàn) 求 等 效 正 弦 運 動 時 的 Mdx。,例2,,2.2 負載的

37、分析計算,,負載的計算必須針對 具體對象具體的對待 不存在千篇一律的公式?。?2.2 負載的分析計算,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,2.1 設 計 概 述 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4

38、 檢 測 裝 置 的 選 擇 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 與 選 擇 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.4 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.5.3 頻 壓 轉(zhuǎn) 換 電 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計 與 選 擇,（書：5 1）,（書：5 2）,

39、（書：5 3）,（書：第二章、 5 4）,（書：5 4）,（書：5 4）,（書：5 4）,,,2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述,執(zhí) 行 元 件 種 類 電 磁 感 應 定 律 回 顧 直 流 伺 服 電 動 機 它激/永磁直流電動機 直流力矩電動機 交 流 伺 服 電 動 機 兩相異步電動機,,1.執(zhí)行元件種類,2.3 執(zhí)行元件的選擇,執(zhí) 行 電 動 機,直 流 電 動 機,液 壓 元 件,交 流 電 動 機,液 壓 電 機,液 壓 動 力 缸,液 壓 步 進 電 機,它 勵 直 流 電 動 機,串 勵 直 流 電 動 機,直 流 力 矩 電 動 機,直 流 無 刷 電 動 機,永 磁 電

40、動 機,兩 相 異 步 電 動 機,三 相 異 步 電 動 機,滑 差 電 動 機,同 步 電 動 機,步 進 電 動 機,,2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述,執(zhí) 行 元 件 種 類 電 磁 感 應 定 律 回 顧 直 流 伺 服 電 動 機 它激/永磁直流電動機 直流力矩電動機 交 流 伺 服 電 動 機 兩相異步電動機,,,2.電磁感應定律回顧,線 圈 感 應 電 動 勢（法拉第 定 律）,,電機中常見的是磁通隨時間按正弦規(guī)律變化：,,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,,其中： B --- 磁 感 應 強 度 l --- 切 割 磁 力 線 的 直 導 體 的 長 度 V --- 直 導 體

41、 切 割 磁 力 線 的 線 速 度,導體切割磁力線的感應電動勢（右手定則）,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,,由于流過線圈中的電流隨時間變化而 在線圈內(nèi)感應的電動勢稱自感電動勢。,,若電流i隨時間按正弦規(guī)律變化：,,自感電動勢,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,,電磁力定律,,載流導體在磁場中受到電磁力的作用。 當磁場與導體互相垂直時，作用在導體 上的電磁力的方向按左手定則確定。,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述,執(zhí) 行 元 件 種 類 電 磁 感 應 定 律 回 顧 直 流 伺 服 電 動 機 它激/永磁直流電動機 直流力矩電動機 交 流 伺 服 電 動 機 兩相異步電動機,

42、,,3. 直流伺服電動機,它激/永磁直流電動機,,工作原理：,動態(tài)方程：,,,電樞回路電壓平衡方程式：,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩：,電樞繞組感應電動勢：,電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：,2.3 執(zhí)行元件的選擇,機械特性,,機械特性指控制電壓恒定時，電機的轉(zhuǎn)速 隨轉(zhuǎn)矩變化的關系，即ua=常數(shù)，=f(M),ua=常數(shù)時，,2.3 執(zhí)行元件的選擇,R10,R11,,,D1,D2,2.3 執(zhí)行元件的選擇,a,b,應用,c,,直流力矩電動機,,定義：,直流力矩電動機是一種 由伺服電動機和驅(qū)動電機相 結(jié)合而形成的特殊電機。 它可以不用齒輪等減速 機構(gòu)直接驅(qū)動負載，并由輸 入控制電壓信號直接調(diào)節(jié)負 載的轉(zhuǎn)速。 在位置控

43、制方式的伺服 系統(tǒng)中，它可以長期工作在 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，而在速度伺服系 統(tǒng)中又可以工作在低速狀態(tài)，且輸出較大的轉(zhuǎn)矩。,Jd小， Ld可以忽略， Md大， Ta可以忽略。,2.3 執(zhí)行元件的選擇,機械特性,,特點,2.3 執(zhí)行元件的選擇,提高了位置和速度的控制精度,其轉(zhuǎn)矩-電流特性的線性度好,運行可靠、維護簡便、振 動機械噪聲小和結(jié)構(gòu)緊湊等,,2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述,執(zhí) 行 元 件 種 類 電 磁 感 應 定 律 回 顧 直 流 伺 服 電 動 機 它激/永磁直流電動機 直流力矩電動機 交 流 伺 服 電 動 機 兩相異步電動機,,4. 交流伺服電動機,,,結(jié)構(gòu),2.3 執(zhí)行元件的選擇,兩

44、 相 異 步 電 動 機,工作原理,,設ic向右為正，ij向 下為正，如右圖所示。 uc在相位上滯后uj 900。,,,,,0,,2,2.3 執(zhí)行元件的選擇,控制方式,,幅 值 控 制,,,相 位 控 制,幅 相 控 制,2.3 執(zhí)行元件的選擇,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,2.1 設 計 概 述 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載

45、 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢 測 裝 置 的 選 擇 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 與 選 擇 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.5.4 頻 壓 轉(zhuǎn) 換 電 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述

46、 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計 與 選 擇,（書：5 1）,（書：5 2）,（書：5 3）,（書：第二章、 5 4）,（書：5 4）,（書：5 4）,（書：5 4）,,,2.3.2 執(zhí)行電機的選擇,單 軸 傳 動 系 統(tǒng) 電 機 的 選 擇 一 般 高 速 電 機 的 選 擇 低 速 力 矩 電 機 的 選 擇 多軸傳動一般高速執(zhí)行電機的選擇,,,2.3.2 執(zhí)行電機的選擇,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,負載通常給定技術(shù)指標： m、m、ec、ev、ea、em、JZ、MC、、ts,1.單軸傳動系統(tǒng)電機的選擇,一般高速電機的選擇,低

47、速力矩電機的選擇,電 機 給 定 技 術(shù) 指 標 ： 一般電機：Ue、ne、Ie、Pe、Me、Jd kgm2 若未給Jd，給出GD2（飛輪轉(zhuǎn)矩）則 兩相異步電機：Ue、Ie、Pe、Me、n0、Mdd(堵轉(zhuǎn)力矩）、 Tm(電機的機電時間常數(shù)） ，此時 最大,一般高速電機的選擇,2.3 執(zhí)行元件的選擇,ne nm = Me Mc + ( Jd + Jz ) m 過載檢驗：MeMm 普通型:= 1.6-2.2 起重型: 2.2-2.8 鼠籠轉(zhuǎn)子:1.8-2

48、空心杯轉(zhuǎn)子:1.1-1.4 直流電動機：2.5-3，若絕緣好，4-5 t1秒時：10,2.3 執(zhí)行元件的選擇,執(zhí)行電機的選擇,,,,t3秒：,三相異步電機,兩相異步電機,低速力矩電機的選擇,2.3 執(zhí)行元件的選擇,電 機 給 定 技 術(shù) 指 標 ：n0、Mfd、Mld、Um、U、Jd kgm2,試湊：M = Mc + ( Jd + Jz ) m， 驗算： 穩(wěn)態(tài)檢驗 0= n0 L0= n0 =0 若t3秒，則檢驗MAM，否則重選電機。 若t 3秒，則檢驗MBM，否則重選電機。,執(zhí)行電機的選擇：,,,M,,0,Mfd,Mld,L0,,A,B,,,,MB,MA,,此時=,求力

49、矩電機的電勢系數(shù) 過載檢驗： Umax ---- 快速反轉(zhuǎn)所加的電樞最大電壓 max ---- 最大角速度 R ---- 電樞回路總電阻 Km(Nm/A) ---- 電機轉(zhuǎn)矩系數(shù), 短時過載檢驗,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,,式中：,要求b 帶寬b的概念 閉環(huán)傳遞函數(shù) ，則 =b時， 根據(jù)經(jīng)驗公式：在300600時，工程上近似有 b(1.22)C, 動態(tài)檢驗,2.3 執(zhí)行元件的選擇,若系統(tǒng)動態(tài)指標提出要求：b, tts,,c與的關系,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,當=c時,,,,,M與的關系,2.3 執(zhí)行元件的選擇,或,（力矩電機）,（

50、普通電機）,,k 在 Bode 圖 上 的 反 映 如 右 圖 所 示， 電 機 的 飽 和 特 性 為 一 條 -- 40dB/dec 的 直 線。,,若系統(tǒng)要求過渡過程時間tts,2.3 執(zhí)行元件的選擇,根據(jù),式中：,,,或,只 有 經(jīng) 過 穩(wěn) 態(tài) 檢 驗 、短 時 過 載 檢 驗 和 動 態(tài) 檢 驗 等 幾 方 面 的 檢 驗 均 滿 足 要 求 時 ， 可 認 為 所 選 電 機 滿 足 要 求 ， 否 則 重 選 電 機 ??！,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,2.3.2 執(zhí)行電機的選擇,單 軸 傳 動 系 統(tǒng) 電 機 的 選 擇 一 般 高 速 電 機 的 選 擇 低 速 力 矩 電 機

51、的 選 擇 多軸傳動一般高速執(zhí)行電機的選擇,,2.3 執(zhí)行元件的選擇,2. 多軸傳動系統(tǒng)電機的選擇,,簡單初選,,驗算,,,負 載 通 常 給 定 技 術(shù) 要 求 ： m、m、ec、ev、ea、em、JZ、MC、、ts,簡單初選,2.3 執(zhí)行元件的選擇,根據(jù), 初選速比i,假設=1，則電機軸上總負載力矩,令M最小，即負載力矩折算到電機軸上最?。?將M折算到負載軸：, 初選電機：,2.3 執(zhí)行元件的選擇,其中：,兩相異步電機：,力矩電機：,, 再選速比i,2.3 執(zhí)行元件的選擇,,<1: 負載達到m時，電機尚未達到ne,1: 負載達到m時，電機正好達到ne,1: 負載達到m時，電機已超過ne,,

52、根據(jù),若要求電機輸出達到Me時，系統(tǒng)輸出的角 加 速 度 最 大:,減速器的形式、減速級數(shù)與速比分配,2.3 執(zhí)行元件的選擇,減速器的形式,減 速 級 數(shù) N 選取N的原則：使傳動裝置的轉(zhuǎn)動慣量Jp最小。,通 常 Jp(0.1-0.3)Jd 。,N=1,N=2,N=3,,,N=4,,,轉(zhuǎn)動慣量比值Jp/J1,各級速比的分配,2.3 執(zhí)行元件的選擇,假設系統(tǒng)總傳動比i=300,N=3,, 3, 2,N=總傳動級數(shù),300,,i1 = 2.5,i1 = 300/2.5=120,i2 = 4,i3 = 120/4=30,,120, 傳動效率估計：=iN,2.3 執(zhí)行元件的選擇,正齒輪付傳動效率：,

53、i=0.94-0.96,對研后，i0.98,椎齒輪付傳動效率：i=0.92-0.96,蝸輪蝸桿傳動效率：,Z=1：i=0.7-0.75,Z=3或4：i=0.82-0.89,Z=2:i=0.75-0.82,,執(zhí)行電機的驗算,2.3 執(zhí)行元件的選擇, 驗算執(zhí)行電機的發(fā)熱與溫升,條件：假設電機做正弦運動，長期運行。,在伺服系統(tǒng)中常用求間接等效轉(zhuǎn)矩檢驗電機：,驗算：,從額定功率角度驗算：Pe(0.8-1.1)Mdxim,從額定轉(zhuǎn)矩角度驗算：Me(0.8-1.1)Mdx,2.3 執(zhí)行元件的選擇, 短時過載檢驗,一般電機：,力矩電機：, 驗算動態(tài)性能,2.3 執(zhí)行元件的選擇,位置伺服系統(tǒng)：因為過渡過程時間

54、通常小于3秒，,若要求b：,可短時過載。由前所述：m=emc2，k=emk2,b（1.2-2) c,若要求tts：,速度伺服系統(tǒng),2.3 執(zhí)行元件的選擇,若對b有要求：b（1.2-2)c,,當=c時：,,2.3 執(zhí)行元件的選擇,若對過渡過程時間ts有要求：,2.3 執(zhí)行元件的選擇,多軸傳動系統(tǒng)執(zhí)行電動機的選擇總結(jié),第一步 簡 單 初 選 1、初選電機 2、再選速比 3、減速器的形式、減速級數(shù)與速比分配 4、傳動效率估計,=iN,第二步 執(zhí) 行 電 機 的 驗 算 1、驗算電機的發(fā)熱與溫升 2、短時過載檢驗 3、驗算動態(tài)性能 1）位置伺服系統(tǒng) 2）

55、速度伺服系統(tǒng),從額定功率角度驗算：Pe(0.8-1.1)Mdxim,從額定轉(zhuǎn)矩角度驗算：Me(0.8-1.1)Mdx,一般電機：,力矩電機：,2.3 執(zhí)行元件的選擇,作 業(yè),1、某隨動系統(tǒng)給定技術(shù)指標,選擇電機并驗算（詳細寫出選擇步驟及驗算步驟）。,給定直流伺服電動機技術(shù)指標：,2.某隨動系統(tǒng)的執(zhí)行電機選用的是45SZ31型它激直流電機。已知電機的額定轉(zhuǎn)矩Me=4.710-3Kgm,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Jd=810-5Kgm2,電機過載系數(shù)=4，它與負載之間的傳動比i=200，傳動效率=0.85，負載轉(zhuǎn)動慣量Jz=3Kgm2,負載干摩擦力矩Mc=0.1Nm，當系統(tǒng)最大跟蹤誤差em =30，,忽略減

56、速器的轉(zhuǎn)動慣量，求：1）該電機帶動負載所能響應的最大角頻率k=?2)所能產(chǎn)生的最大角加速度k=?,第二章 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計,2.1 設 計 概 述 2.1.1 速 度 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.2 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 通 常 的 技 術(shù) 要 求 2.1.3 設 計 步 驟 2.2 負 載 的 分 析 計 算 2.2.1 幾 種 典 型 負 載 2.2.2 負 載 的 折 算 2.2.3 負 載 的 綜 合 計 算 2.3 執(zhí) 行 元 件 的 選 擇 2.3.1 執(zhí) 行 元 件 概 述 2.3.2 執(zhí) 行 電 機 的 選 擇 2.4 檢

57、 測 裝 置 的 選 擇 2.4.1 伺 服 系 統(tǒng) 的 測 速 與 測 角 2.4.2 檢 測 裝 置 的 選 擇 和 設 計 2.5 信 號 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 設 計 與 選 擇 2.5.1 概 述 2.5.2 相 敏 整 流 電 路 2.5.3 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 (PWM) 線 路 2.5.4 頻 壓 轉(zhuǎn) 換 電 路 2.6 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.6.1 功 率 放 大 裝 置 概 述 2.6.2 放 大 裝 置 的 設 計 與 選 擇 2.7 電 源 設 備 等 裝 置 的 設 計 與 選 擇,（書：5 1）,（書：5 2）,（書

58、：5 3）,（書：第二章、 5 4）,（書：5 4）,（書：5 4）,（書：5 4）,,,1. 角速度的檢測,測速元件主要有： (1). 測 速 發(fā) 電 機 (2). 測 速 電 橋 (3). 光 電 測 速 碼 盤 (4). 速 率 陀 螺 等,2.4 檢測元件的選擇,,,2.4.1 伺服系統(tǒng)的測速與測角,角 速 度 的 檢 測 測 速 發(fā) 電 機 光 電 測 速 碼 盤 用 典 型 元 件 測 角 電 位 計 差 動 變 壓 器 自 整 角 機 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器,測速發(fā)電機,2.4 檢測元件的選擇, 定 義 ： U=Ke 式中：, 伺 服 系 統(tǒng) 對 測 速 發(fā)

59、 電 機 的 主 要 要 求 ： 輸出特性呈線性關系并保持穩(wěn)定； 電機的轉(zhuǎn)動慣量要小，以保證反應迅速； 電機的靈敏度要高。,直流測速發(fā)電機: 它激式直流測速發(fā)電機 永磁式直流測速發(fā)電機 交流測速發(fā)電機: 交流異步測速發(fā)電機 交流同步測速發(fā)電機, 分 類：,2.4 檢測元件的選擇,,,, 直流測速發(fā)電機,2.4 檢測元件的選擇,,空載時：,,輸出特性,0，,u1 /RL ，,負載時：,ia=,Ea=Ke,ia=,Ea-iaRa=,u1=,u1=,,產(chǎn)生誤差的原因及改進措施：,2.4 檢測元件的選擇,飽 和 傾 向 ：由 于 電 樞 反 應 不靈敏 區(qū) ：由 于 電 刷 接 觸 壓

60、 降 u1 = Ea - iaRa - ub,,,,飽和傾向,,應用,,2.4 檢測元件的選擇,PI 調(diào) 節(jié) 器,放 大 裝 置,執(zhí) 行 機 構(gòu),,,,,,測 速 發(fā) 電 機 反 饋,,,,,,usr,uf,--,,PI 調(diào)節(jié)器,,,,,測速發(fā)電機,2.4 檢測元件的選擇,uf=Cen=Ke, 交流異步測速發(fā)電機,結(jié) 構(gòu)及工作原理,2.4 檢測元件的選擇,輸出特性,,異 步 測 速 發(fā) 電 機 輸 出 電 壓 的 頻 率 即 為 激 磁 電 源 的 頻 率 ，與 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 速 n 的 大 小 無 關 ; 它 的 幅 值 大 小 則 正 比 于 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 速 n ; 輸 出 電 壓 在

61、 相 位 上 滯 后 于 激 磁 電 壓 ,一 般 小 于 300 。,,j,f,,,,f,,,,,,剩余電壓,異步測速發(fā)電機的應用,2.4 檢測元件的選擇,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,- +,,,,,usr,c1,c2,c3,c4,c5,c6,+E,W,A,R1,R2,R3,R4,R5,R6,T1,T2,T3,R7,R8,R9,,,B1,,,,,2.4 檢測元件的選擇,,,,,,運放A構(gòu)成一個同相比 例放大器。其放大系數(shù),比例調(diào)節(jié)器,,功放,,,,,,,,其它,

62、2.4 檢測元件的選擇,,電感：,,電容：,,其無功功率：Q=QL+QC=I1U-I2U,,考慮電感電容消耗的功率，令U=Umcost,,角 速 度 的 檢 測 測 速 發(fā) 電 機 光 電 測 速 碼 盤 用 典 型 元 件 測 角 電 位 計 差 動 變 壓 器 自 整 角 機 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器,2.4.1 伺服系統(tǒng)的測速與測角,,,光電測速碼盤,2.4 檢測元件的選擇,, 結(jié) 構(gòu)：,,,光源,光敏傳感器,電機軸,,, 工作原理：,fc =,N,60,n,HZ,,,,2.4 檢測元件的選擇, 轉(zhuǎn)向的判別,,,,當電機正轉(zhuǎn)時(逆時針）， 脈沖UA超前UB 900。,,當電機反轉(zhuǎn)時(順時針），

63、 脈沖UA滯后UB 900。,,,,,2.4.1 伺服系統(tǒng)的測速與測角,角 速 度 的 檢 測 測 速 發(fā) 電 機 光 電 測 速 碼 盤 用 典 型 元 件 測 角 電 位 計 差 動 變 壓 器 自 整 角 機 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器,,測 角 元 件 主 要 有： (1). 電位計 (2). 差動變壓器 (3). 微同步器 (4). 自整角機 (5). 旋轉(zhuǎn)變壓器 (6). 測角陀螺 等,2. 用典型元件測角（位移）,2.4 檢測元件的選擇,,電位計, 分類,按電壓分類 交流電壓供電的電位計 直流電壓供電的電位計,按運動形式分類 直線位移

64、式電位計 轉(zhuǎn)角式電位計,,, 結(jié)構(gòu),2.4 檢測元件的選擇,, 應用,2.4 檢測元件的選擇, 特點,,其運動范圍都是有限的，只能用于轉(zhuǎn)角 或 位 移 有 限 的 系 統(tǒng) 中 。,,電位計測角成本較低，但精度和可靠性也較低。,,角 速 度 的 檢 測 測 速 發(fā) 電 機 光 電 測 速 碼 盤 用 典 型 元 件 測 角 電 位 計 差 動 變 壓 器 自 整 角 機 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器,,2.4.1 伺服系統(tǒng)的測速與測角,,差動變壓器, 分類,按運動形式分類 直線位移式差動變壓器 轉(zhuǎn)角式差動變壓器,, 結(jié)構(gòu),,直線位移式差動變壓器結(jié)構(gòu)及等效電路,2.4 檢測

65、元件的選擇,, 差動變壓器的優(yōu)缺點,,優(yōu)點,,缺點,沒有觸點，精度高，分辨率高，線性度好。,其位移和轉(zhuǎn)角都是有限制的，動態(tài)范圍小， 檢測小角度機械信號100；輸出是交流信 號；輸入輸出在空間上相距很近才行。,2.4 檢測元件的選擇,,角 速 度 的 檢 測 測 速 發(fā) 電 機 光 電 測 速 碼 盤 用 典 型 元 件 測 角 電 位 計 差 動 變 壓 器 自 整 角 機 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器,,2.4.1 伺服系統(tǒng)的測速與測角,,自整角機,, 定義,自整角機是一種將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成 電信號或?qū)㈦妷盒盘栕儞Q為轉(zhuǎn) 角的感應式電傳感元件，在系 統(tǒng)中通常是兩個或兩個以上自 整 角 機 組 合 使 用 。,

66、2.4 檢測元件的選擇,, 分類,按 使 用 要 求 分 類,按 用 途 分 類,力矩式自整角機：通常用于指示系統(tǒng),控制式自整角機：主要用于隨動系統(tǒng),差動式自整角機：,控制式發(fā)送機：其作用將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變 化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觥?控制式接收機：它工作在變壓器狀態(tài)，又 稱控制式自整角變壓器。,,,,,,,,2.4 檢測元件的選擇,, 結(jié)構(gòu),控制式自整角發(fā)送機,控制式自整角接收機,,2.4 檢測元件的選擇,,,,,r,c,,uc, 輸出特性, 應用,2.4 檢測元件的選擇,,,,, 控制式自整角機的兩個零點,2.4 檢測元件的選擇,兩個零點,r-c=e,e=0,uc=0點：,e 0時，,c