文档介绍：伺服系统稳态设计
概述
伺服系统典型负载分析和计算
伺服系统控制方案选择
伺服电机选择
伺服检测装置的选择
放大装置选择
概述
伺服系统稳态设计的内容
对控制对象运动与动力学分析、负载分析、执行电动机及传
动装置的确定、测量元件的选择、放大装置的选择与设计计算。
伺服系统稳态设计目的
确定系统的基本不变部分的结构,稳态设计的结果确定了系
统的控制能力。
动态设计计算则是在此基础上使系统达到要求的动态性能。包
括满足动态误差、稳定性及快速性要求。
伺服系统稳态设计特点
稳态设计运用基础知识面更宽,需要有一定的实践经验。
工程定量计算的计量单位
我国计量管理规定一律采用国际单位制(SI)。国内有些产品铭
牌数据仍沿用工程单位制。在计算时应统一换算成国际单位制。
名称
符号
工程单位
国际单位
换算关系
转速角速度
n Ω
r/min
rad/s
1 r/min = π/30 rad/s
飞轮转矩
GD2
kg·m2
g·cm2
N·m2
1 kg·m2 = N·m2
1 g·cm2 = ×10-7 N·m
转动惯量
J
kg·m·s2
g·cm·s2
kg·m2
1 kg·m·s2 = kg·m2
1g·cm·s2=×10-5kg·m2
力
F
kg
N
1 kg = N
力矩
M或T
kg·m
g·cm
N·m
1 kg·m = N·m
1 g·cm = ×10-5 N·m
功(能)
W
kg·m
W·h
J或N·m
1 kg·m = J
1 W·h = 3600 J
功率
P
kg·m/s
hP
W或J/s
1 kg·m/s = W
1 hP = W
伺服系统典型负载分析和计算
明确了系统技术指标后,研究被控对象的运动学、动力学
特性,根据对象的具体特点和受载情况选择执行元件。
掌握了一般性研究方法后,需对负载作定量分析,根据对
象的实际运动规律来建立负载和干扰模型。
一、系统典型负载分析
随动系统和调速系统一般来说都是由执行电动机(或液
压、气动马达)带动被控对象做机械运动。其控制特性与被
控对象相联系的动力学特性关系极大。
被控对象能否达到预期的运动状况,完全取决于系统的稳
态和动态性能。
系统常见的负载类型有:摩擦负载、惯性负载、阻尼负
载、重力负载、弹性负载以及流体动力负载等,前两项几乎
任一系统均有。
在任何机械传动系统中,每一对相对运动物体的接触表面之间
都存在着摩擦。普通的现象,情况却十分复杂。
在工程设计中,多采取实测的办法,或采用手册提供的数据做
近似地估算。
从接触表面的相对运动形式看,有滑动摩擦与滚动摩擦。在条
件相同的情况下,滚动摩擦力比滑动摩擦力小。
以接触表面之间的润滑条件来看,有干摩擦、粘性摩擦(或称湿
摩擦)和介于两者之间的边界摩擦(俗称半干摩擦)。在条件相同情
况下,干摩擦最大,粘性摩擦小,半干摩擦力介于两者之间。
摩擦力Fc = f·N。
摩擦系数f与法向压力、接触表面特性、粗糙度、温度、滑动速
度、接触时间等均有关。
输出轴上承受的摩擦力矩是由系统整个机械传动各部分的摩擦
作用综合的结果。以旋转运动为例:
静摩擦力矩最大,随着输出角速度Ω的增加(0<|Ω|<Ω1),
摩擦力矩减小,当Ω继续增加(|Ω|>|Ω1|)时,摩擦力矩又
略有增加或保持不变。摩擦负载对系统的工作品质影响很大。
对随动系统而言,摩擦负载影响系统的控制精度。当要求低速
跟踪时,由于摩擦负载在低速区有dMc/dΩ<0,系统将出现的低
速爬行现象。
物体作变速运动时便有惯性负载产生。当执行元件带动被控对
象沿直线作变速运动时,被控对象存在有惯性力FL
FL = - m (dv/dt)
式中m为被控对象质量;v为运动速度;负号表示惯性力FL的方
向始终阻止速度变化。
当系统所带的被控对象作旋转运动时,被控对象形成的惯性负载
转矩为
ML = - JL[dΩ/dt]
式中ML为惯性负载转矩;JL为被控对象绕其转轴的转动惯量;
Ω为其角速度。JL= m为质点质量,r为绕轴半径。
具有简单几何形状的质量均匀分布的物体转动惯量表达式列入34
。图形较为复杂的对象可用简单形状组合而成。
流体中作变速运动时,除自身的惯性力和惯性力矩以外,还有
部分有水引起的附加质量(或附加质量惯量)。
当被控对象在流体中运动时,除了形成一定的附加质量惯量
(或附加质量转动惯量)以外,还会产生一个由于流体摩擦、兴波