第3章伺服系統(tǒng)3.1概述3.2伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件及控制3.3伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1概述一、伺服系統(tǒng)概念二、伺服系統(tǒng)的類型三、伺服系統(tǒng)的基本要求伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一類，它的輸出變量通常是機(jī)械或位置的運(yùn)動(dòng)，它的根本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)給定指令的準(zhǔn)確跟蹤，即實(shí)現(xiàn)輸出變量的某種狀態(tài)能夠自動(dòng)、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令信號(hào)的變化規(guī)律。

一、伺服系統(tǒng)概念

從系統(tǒng)組成元件的性質(zhì)來看，有電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和電氣—液壓伺服系統(tǒng)、電氣—?dú)鈩?dòng)伺服系統(tǒng)等；從系統(tǒng)輸出量的物理性質(zhì)來看，有速度或加速度伺服系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)等；從系統(tǒng)中所包含的元件特性和信號(hào)作用特點(diǎn)來看，有模擬式伺服系統(tǒng)和數(shù)字式伺服系統(tǒng)；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，有單回路伺服系統(tǒng)、多回路伺服系統(tǒng)和開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。二、伺服系統(tǒng)類型例：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，由圖可以看出，它與一般的反饋控制系統(tǒng)一樣，也是由控制器、被控對(duì)象、反饋測(cè)量裝置等部分組成。

二、伺服系統(tǒng)類型

對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求有穩(wěn)定性、精度和快速響應(yīng)性。穩(wěn)定性是指作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行或者在輸入指令信號(hào)作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。精度是伺服系統(tǒng)的一項(xiàng)重要的性能要求。它是指其輸出量復(fù)現(xiàn)輸入指令信號(hào)的精確程度?？焖夙憫?yīng)性是衡量伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的另一項(xiàng)重要指標(biāo)?？焖夙憫?yīng)性有兩方面含義，一是指動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中，輸出量跟隨輸入指令信號(hào)變化的迅速程度，二是指動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度。三、伺服系統(tǒng)的基本要求3.2伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件及控制一、執(zhí)行元件類型及特點(diǎn)二、伺服電機(jī)及其控制三、步進(jìn)電機(jī)及其控制

1.電氣執(zhí)行元件電氣執(zhí)行元件包括直流(DC)伺服電機(jī)、交流（AC）伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及電磁鐵等，是最常用的執(zhí)行元件。對(duì)伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動(dòng)態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等2．液壓式執(zhí)行元件液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)等，其中油缸最為常見。在同等輸出功率的情況下，液壓元件具有重量輕、快速性好等特點(diǎn)3．氣壓式執(zhí)行元件氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒有區(qū)別。氣壓驅(qū)動(dòng)雖可得到較大的驅(qū)動(dòng)力、行程和速度，但由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場(chǎng)合使用。一、執(zhí)行元件類型及特點(diǎn)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，當(dāng)信號(hào)電壓的大小和極性(或相位)發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)⒖焖?、?zhǔn)確地跟著變化。目前常用的伺服電動(dòng)機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。二、伺服電機(jī)及其控制1直流伺服電動(dòng)機(jī)(1)調(diào)速方式直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：式中，一電樞控制電壓；一電樞回路電阻—每極磁通；、—分別為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。二、伺服電機(jī)及其控制由上式知，直流伺服電機(jī)的控制方式如下：二、伺服電機(jī)及其控制（2）調(diào)磁調(diào)速（變勵(lì)磁電流，恒功率調(diào)速）（1）調(diào)壓調(diào)速（變電樞電壓，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）常用的是前面2種調(diào)速方式。（3）改變電樞回路電阻調(diào)速永磁直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)電樞在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流或外加電壓的方向總是相反，所以稱為反電勢(shì)，它與發(fā)電機(jī)中電動(dòng)勢(shì)的作用是不同的。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器三部分組成。(2)直流電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的調(diào)速電路目前以脈沖寬度調(diào)制電路應(yīng)用最為廣泛。二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制PWM放大器的優(yōu)點(diǎn)是功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，管耗小。它的基本原理是：利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率(例如2000HZ)的方波電壓，加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，作用在電機(jī)兩端的平均電壓為：二、伺服電機(jī)及其控制(3)直流伺服系統(tǒng)模型二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制1)校正環(huán)節(jié)：一般速度環(huán)調(diào)節(jié)器為比例環(huán)節(jié)G1(S)=Kp

位置環(huán)為PI調(diào)節(jié)2)檢測(cè)環(huán)節(jié)：速度檢測(cè)：位置檢測(cè)：3)整流裝置（慣性環(huán)節(jié)）各種整流裝置的時(shí)間常數(shù)見下表二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制5)直流電機(jī)直流電機(jī)原理見右圖二、伺服電機(jī)及其控制設(shè)輸入信號(hào)為Ud,輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)角則其傳遞函數(shù)：拉式變換，消去id（s）后可得電機(jī)的傳遞函數(shù)G6(S)式中：——電磁時(shí)間常數(shù)和機(jī)電時(shí)間常數(shù)——電樞繞組的電感和電阻——反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)和力矩常數(shù)——阻尼和電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量畫出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，可得到系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。二、伺服電機(jī)及其控制2.交流伺服電動(dòng)機(jī)二、伺服電機(jī)及其控制杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1—?jiǎng)?lì)磁繞組2—控制繞組3—內(nèi)定子4—外定子5—轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖(1)原理:勵(lì)磁繞組WF接到電壓為交流電網(wǎng)上，控制繞組接到控制電壓上，當(dāng)有控制信號(hào)輸入時(shí)，兩相繞組便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以一定的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)動(dòng)起來，其旋轉(zhuǎn)速度為式中，f為交流電源頻率(Hz)；p為磁極對(duì)數(shù)；n0為電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速(r/min)；s為轉(zhuǎn)差率。

二、伺服電機(jī)及其控制(2)控制:二、伺服電機(jī)及其控制幅值控制原理圖不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線由右圖可知，在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，控制電壓越高，轉(zhuǎn)差率越小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就越高，不同的控制電壓對(duì)應(yīng)著不同的轉(zhuǎn)速。這種維持與相位差為90o，利用改變控制電壓幅值大小來改變轉(zhuǎn)速的方法，稱為幅值控制方法。

1、工作原理：

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖通入A相時(shí)，磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合，在此磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒要和A級(jí)對(duì)齊。當(dāng)下一個(gè)脈沖通入B相時(shí)，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即2、4齒要和B級(jí)對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子就順逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制若通電脈沖的次序?yàn)锳、C、B、A…，則不難推出，轉(zhuǎn)子將以順時(shí)針方向一步步地旋轉(zhuǎn)。這樣，用不同的脈沖通入次序方式就可以實(shí)觀對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。脈沖的數(shù)量控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角；脈沖的頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；脈沖的通入次序控制電機(jī)的方向。定子繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。上述的通電方式稱為三相單三拍。所謂“單”是指每次只有一相繞組通電；所謂“三拍”是指經(jīng)過三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)。三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制2.性能參數(shù)(1)步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走一步所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，可按下面公式計(jì)算 式中為步距角；為轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)；為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)。同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時(shí)步距角也是不同的

三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制3三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的三種運(yùn)行方式：?jiǎn)稳臅r(shí)：A—B—C,—A—B—C…4雙三拍時(shí)：?jiǎn)坞p拍（即六拍）時(shí)：AB—BC—CA,—AB—BC—CA…A—AB—B—BC—C—CA,--A—AB—B—BC—C—CA…五、步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)1、脈沖當(dāng)量δ：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖時(shí)，工作臺(tái)走過的位移單位為mm/pulseδ=0.001～0.0025精密機(jī)床0.005～0.01數(shù)控機(jī)床0.1～0.15一般機(jī)床角脈沖當(dāng)量δα：就是步距角α(°/pulse)當(dāng)通過中間傳動(dòng)裝置時(shí)，角脈沖當(dāng)量δα為：M驅(qū)動(dòng)器指令脈沖如下圖，步進(jìn)電機(jī)通過絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其脈沖當(dāng)量δ為：Z1Z2設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)運(yùn)動(dòng)精度選定δ，再根據(jù)負(fù)載確定步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)α，并選定絲杠的導(dǎo)程p,計(jì)算出傳動(dòng)比i后，最后設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪的各參數(shù)等。2、最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax與相數(shù)、拍數(shù)一般根據(jù)TL≤（30～50%）Tmax選擇Tmax其中TL為把負(fù)載折合到步進(jìn)電機(jī)軸的負(fù)載力矩，若相數(shù)、拍數(shù)較多，可選0.5，否則選0.3，考慮控制回路的復(fù)雜和經(jīng)濟(jì)程度，一般取相數(shù)較少的。3、最高運(yùn)行頻率與速度關(guān)系.根據(jù)工作臺(tái)的最高速度vmax選擇步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率fmax由得注意量綱：vmax(m/min)4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與加減速性能步進(jìn)電機(jī)的加減速性能與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所產(chǎn)生的慣性力矩有關(guān)慣性力矩：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度越大，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率越低，加減速性能越差，越容易失步。通過減小步距角和減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改善啟動(dòng)、加減速性能5、電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算作用在步進(jìn)電機(jī)軸的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算：6、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算其中：Jm是電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Kg.m2）Jd是系統(tǒng)折算到電機(jī)軸的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Kg.m2）是電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的角加速度（rad/s2）F作用在工作臺(tái)的摩擦力（N）FW作用在工作臺(tái)的外力（N）伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的總效率（取0.7—0.85）絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率（取0.9）F0絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的力（N）P是絲杠螺距（mm）i是總傳動(dòng)比基本公式圓柱體其中：

Jd的計(jì)算對(duì)上圖所示的的系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd由幾部分組成：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm齒輪Z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ1齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ2和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量工作臺(tái)折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)于直線移動(dòng)的工作臺(tái)，折算到絲杠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：絲杠軸折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：因此，折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd為：對(duì)于齒輪齒條傳動(dòng)的工作臺(tái)，折算到驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：對(duì)于帶傳動(dòng)的工作臺(tái)，折算到驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：R為齒輪分度圓半徑為驅(qū)動(dòng)軸的角速度v為工作臺(tái)的速度六、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，其驅(qū)動(dòng)電路方式有多種：

單電壓驅(qū)動(dòng)

雙電壓驅(qū)動(dòng)（）

斬波恒流驅(qū)動(dòng)（電流驅(qū)動(dòng)）

細(xì)分驅(qū)動(dòng)對(duì)控制繞組中的電流進(jìn)行細(xì)分，把步距角細(xì)分成若干步完成CLK六、步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)（或計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生，其基本控制作用如下：控制換相順序（也稱脈沖分配）控制轉(zhuǎn)向（正反序通電）控制速度（由單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率的大小決定）脈沖分配脈沖分配軟件脈沖分配

軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點(diǎn)，其中常用的是查表法。步序?qū)щ娤喙ぷ鳡顟B(tài)數(shù)值（16進(jìn)制）程序的數(shù)據(jù)表正轉(zhuǎn)

反轉(zhuǎn)

CBATAB

A00101HTAB0DB01HAB01103HTAB1DB03HB01002HTAB2DB02HBC11006HTAB3DB06HC10004HTAB4DB04HCA10105HTAB5DB05H(2)啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率我們把不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率稱為啟動(dòng)頻率，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。運(yùn)行頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能不失步的最高頻率

三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制(3)最大靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角當(dāng)轉(zhuǎn)子帶有負(fù)載力矩通電時(shí)，轉(zhuǎn)子就不再能和定子上的某極對(duì)齊，而是相差一定的角度，該角度所形成的電磁轉(zhuǎn)矩正好和負(fù)載力矩相平衡。這個(gè)角度稱為失調(diào)角。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶的靜轉(zhuǎn)矩是受到限制的，最大靜轉(zhuǎn)矩表示步進(jìn)電機(jī)的承受載荷的能力。三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制10.3伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、方案設(shè)計(jì)二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮以下方面的問題：1．系統(tǒng)閉環(huán)與否的確定

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載不大，精度要求不高時(shí)，可考慮開環(huán)控制；反之，當(dāng)系統(tǒng)精度要求較高或負(fù)載較大時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)往往滿足不了要求，這時(shí)要采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)。一般情況下，開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會(huì)有問題，設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮滿足精度方面的要求即可，并通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配，使系統(tǒng)具有盡可能好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。一、方案設(shè)計(jì)典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控x、y工作臺(tái)、機(jī)器人的關(guān)節(jié)移動(dòng)等。其結(jié)構(gòu)原理如圖所示：PC機(jī)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定實(shí)質(zhì)是對(duì)上述各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì)2．執(zhí)行元件的選擇選擇執(zhí)行元件時(shí)應(yīng)綜合考慮負(fù)載能力、調(diào)速范圍、運(yùn)行精度、可控性、可靠性以及體積、成本等多方面的要求。一般來講，對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)可考慮采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)和伺服閥控制的液壓缸和液壓馬達(dá)等，應(yīng)優(yōu)先選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。對(duì)于中小型的閉環(huán)系統(tǒng)可考慮采用直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)，對(duì)于負(fù)載較大的閉環(huán)伺服系統(tǒng)可考慮選用伺服閥控制的液壓馬達(dá)等。一、方案設(shè)計(jì)一、方案設(shè)計(jì)2．執(zhí)行元件的選擇液壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)的基本組成直線氣缸擺動(dòng)氣缸氣馬達(dá)氣爪繼電器定時(shí)器電子元件計(jì)數(shù)器順序控制器氣動(dòng)控制元件氣源氣源處理裝置壓力控制閥方向控制閥流量控制閥驅(qū)動(dòng)裝置操作裝置指示裝置

檢測(cè)裝置控制(運(yùn)算)回路按扭開關(guān)選擇開關(guān)按扭閥指示器計(jì)數(shù)器蜂鳴器限位開關(guān)限位閥接近開關(guān)傳感器壓力開關(guān)真空開關(guān)速度控制閥緩沖閥快速排氣閥電磁閥氣控閥人工換向閥機(jī)控?fù)Q向閥減壓閥增壓閥安全閥空氣壓縮機(jī)過濾器油霧器油霧分離器驅(qū)動(dòng)部分控制部分檢測(cè)部分3．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)連接裝置，用來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和力的變換與傳遞。在伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件以輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則多為直線運(yùn)動(dòng)。用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有齒輪齒條和絲杠螺母等。前者可獲得較大的傳動(dòng)比和較高的傳動(dòng)效率，所能傳遞的力也較大，但高精度的齒輪齒條制造困難，且為消除傳動(dòng)間隙而結(jié)構(gòu)復(fù)雜；后者因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易而應(yīng)用廣泛。一、方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)機(jī)械接口，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有：絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)同步齒型帶傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)直線電機(jī)傳動(dòng)最常用步進(jìn)電機(jī)與絲杠螺母間的運(yùn)動(dòng)傳遞可能有多種形式：采用同步齒型帶傳動(dòng)絲杠：中心距較大通過減速器傳動(dòng)絲杠：減速器作用是配湊脈沖當(dāng)量、轉(zhuǎn)矩放大、慣量匹配等通過聯(lián)軸器直接相連：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得高速，對(duì)電機(jī)負(fù)載能力要求較高一、方案設(shè)計(jì)4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對(duì)象，是進(jìn)行實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中一般含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即一、方案設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的選擇：滾動(dòng)導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌、液體導(dǎo)軌塑料貼面滑動(dòng)導(dǎo)軌4．控制系統(tǒng)方案的選擇控制系統(tǒng)方案的選擇包括微型機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路等的選擇。常用的微型機(jī)有單片機(jī)、單板機(jī)、工業(yè)控制微型機(jī)等，其中單片機(jī)由于在體積、成本、可靠性和控制指令功能等許多方面的優(yōu)越性，在伺服系統(tǒng)的控制中得到了廣泛的應(yīng)用。一、方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案確定后，應(yīng)進(jìn)行方案實(shí)施的具體化設(shè)計(jì)，即各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，通常稱為穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)。其內(nèi)容主要包括執(zhí)行元件規(guī)格的確定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)慣量參數(shù)的計(jì)算以及信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、放大等環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)要滿足系統(tǒng)輸出能力指標(biāo)的要求。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)1.負(fù)載的等效換算為了便于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的分析與計(jì)算，可將負(fù)載運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效地變換到執(zhí)行元件的輸出軸上，并計(jì)算輸出軸承受的轉(zhuǎn)矩(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))或力(直線運(yùn)動(dòng))。例如：二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

如圖所示系統(tǒng)中，由m個(gè)移動(dòng)部件和n個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件組成。mi、Vi和Fi分別為移動(dòng)部件的質(zhì)量(kg)、運(yùn)動(dòng)速度(m／s)和所承受的負(fù)載力(N)；Jj、nj和Tj分別為轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg﹒m2)、轉(zhuǎn)速(r／min或rad／s)和所承受負(fù)載力矩(Nm)。(1)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)能的總和為二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)等效到執(zhí)行元件輸出軸上的總動(dòng)能為根據(jù)動(dòng)能不變的原則，有，系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為式中為執(zhí)行元件輸出軸的轉(zhuǎn)速(rad／s)

二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)(2)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算設(shè)上述系統(tǒng)在時(shí)間內(nèi)克服負(fù)載所作的功的總和為執(zhí)行元件輸出軸在時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)角為，則執(zhí)行元件所作的功為由于，所以執(zhí)行元件輸出軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)2.執(zhí)行元件功率的匹配(1)．系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配

設(shè)機(jī)床工作臺(tái)的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸所采用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(r/min)是所需最大轉(zhuǎn)速，其額定轉(zhuǎn)矩(Nm)應(yīng)大于所需要的最大轉(zhuǎn)矩，即應(yīng)大于等效到電機(jī)輸出軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與克服慣性負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩(為電機(jī)加減速時(shí)的角加速度，rad/s2)之和。即電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為考慮機(jī)械傳動(dòng)效率，則二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)(2)系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配上述可知，在計(jì)算等效負(fù)載力矩和等效負(fù)載慣量時(shí)，需要知道電機(jī)的某些參數(shù)。在選擇電機(jī)時(shí)，常先進(jìn)行預(yù)選，然后再進(jìn)行必要的驗(yàn)算。預(yù)選電機(jī)的估算功率P可由下式確定式中—電機(jī)的最高角速度(rad/s)；—電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速(r/min)；—考慮電機(jī)的功率富裕系數(shù)，一般取＝1.2～2，對(duì)于小功率伺服系統(tǒng)可達(dá)2.5。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)3.減速器傳動(dòng)比的計(jì)算及分配減速器傳動(dòng)比應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)部件與負(fù)載之間的位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。不但要求傳動(dòng)構(gòu)件要有足夠的強(qiáng)度，還要求其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時(shí)所需轉(zhuǎn)矩小，即在同一驅(qū)動(dòng)功率時(shí)，其加速度響應(yīng)為最大。以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，其傳動(dòng)比可按下式計(jì)算：式中為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角(o)；為絲杠導(dǎo)程(mm)；為工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的脈沖當(dāng)量(mm)。如計(jì)算出的值較小，可采用同步齒形帶或一級(jí)齒輪傳動(dòng)，否則應(yīng)采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)。選擇齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)時(shí)，一方面應(yīng)使齒輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)軸上主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值較小，另一方面還要避免因級(jí)數(shù)過多而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳動(dòng)級(jí)數(shù)一般可按下圖來選擇。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)確定之后，為了緊湊傳動(dòng)結(jié)構(gòu)以及提高傳動(dòng)精度和動(dòng)態(tài)特性，通常是根據(jù)重量最輕或等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小或輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則進(jìn)行各級(jí)傳動(dòng)比的分配。一般可按下圖來分配各級(jí)傳動(dòng)比，且應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)比按傳動(dòng)順序逐級(jí)增加。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)4.信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換及放大和電源等裝置的選擇與設(shè)計(jì)執(zhí)行元件與傳動(dòng)系統(tǒng)確定之后，要考慮信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和放大裝置以及校正補(bǔ)償裝置的選擇與設(shè)計(jì)的問題，同時(shí)還要考慮相鄰環(huán)節(jié)的連接、信號(hào)的有效傳遞、輸入與輸出的阻抗匹配等，以保證各個(gè)環(huán)節(jié)在各種條件下協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)整體上達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。概括起來，主要考慮以下幾個(gè)方面的問題：二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)1.檢測(cè)傳感裝置的精度、靈敏度、反應(yīng)時(shí)間等性能參數(shù)要合適，這是保證系統(tǒng)整體精度的前提條件；2.信號(hào)轉(zhuǎn)換接口電路盡量選用商品化的產(chǎn)品，要有足夠的輸入／輸出通道，與傳感器輸出阻抗和放大器的輸入阻抗要匹配；3.放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)和線性范圍，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠；4.功率輸出級(jí)的技術(shù)參數(shù)要滿足執(zhí)行元件的要求；5.電源的設(shè)計(jì)，一是要考慮到放大器各放大級(jí)的不同需要，二是要考慮到動(dòng)力電源穩(wěn)定性能和抗干擾性能。二、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)例：

己知：拖板重量W=2000N，拖板與貼塑導(dǎo)軌之間的摩擦因數(shù)u=0.06車削時(shí)最大切削負(fù)載Fs=2150N(與運(yùn)動(dòng)方向相反)，y向切削分力Fy=2Fz=300N(垂直于導(dǎo)軌）,要求刀具切削時(shí)的進(jìn)給速度：V=10~500mm/min，快速行程速度：V0=3000mm/min，滾珠絲杠名義直徑D0=32mm,導(dǎo)程：p=6mm，絲杠總長(zhǎng)l=1400mm拖板最大行程1150mm，定位精度0.01mm，試選擇合適的步進(jìn)電機(jī)，并檢查其啟動(dòng)特性和工作速度。(1)脈沖當(dāng)量的選擇:初步選擇三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.750/1.50，三相六拍控制時(shí)步距角為0.750，每轉(zhuǎn)其脈沖數(shù)為根據(jù)脈沖當(dāng)量的定義，可以得到中間齒輪傳動(dòng)比i為：當(dāng)時(shí)，由公式：設(shè)計(jì)大小齒輪為：Z1=20Z2=25m=2mm(2)等效慣量的計(jì)算：1)滾珠絲杠的慣量：2)齒輪的慣量：求得：3)拖板的運(yùn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)化動(dòng)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：4)總的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載：(3)等效負(fù)載的計(jì)算：1)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩2)空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的最大附加轉(zhuǎn)矩3)空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的最大加速度轉(zhuǎn)矩初步選擇電機(jī)為110BYG260B，其電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：其矩頻特性曲線見下圖由圖可得電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax=9.5Nm連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為fm=1600Hz，求加速度轉(zhuǎn)矩為Mamax(按在0.03s之內(nèi)加速到最大空行程速度3000mm/min計(jì)算)(a)快速啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：(b)最大切削時(shí)所需轉(zhuǎn)矩Mc：(c)快速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩Mk：綜上，應(yīng)該以快速啟動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩作為選擇電機(jī)的依據(jù)(4)動(dòng)態(tài)效核1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量效核：合適2)最大帶慣量啟動(dòng)頻率：3)最大空載啟動(dòng)頻率：4)最大工作頻率：分析、設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)的方法主要包括時(shí)域法和頻域法，在時(shí)間領(lǐng)域中，利用解微分方程和根軌跡法來研究控制系統(tǒng)性能的方法，統(tǒng)稱為時(shí)域法。頻率響應(yīng)(頻率特性)是系統(tǒng)在受到不同頻率的正弦信號(hào)作用時(shí)，描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出和輸入間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，它即能反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，同時(shí)也包含了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。其優(yōu)點(diǎn)是不需要把輸出量變化全過程計(jì)算出來，就能分析系統(tǒng)中各個(gè)參量與系統(tǒng)性能的關(guān)系，在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)令代入上式，可得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)為寫成實(shí)部與虛部的形式：三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)其中，幅頻特性相頻特性已知系統(tǒng)的頻率特性，當(dāng)系統(tǒng)的輸入為正弦信號(hào)時(shí)，容易求得輸出為：1.對(duì)數(shù)頻率特性曲線（Bode圖）Bode圖包括對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線，兩者的橫坐標(biāo)即頻率坐標(biāo)是按頻率的對(duì)數(shù)（以10為底）進(jìn)行分度的，所以對(duì)頻率來講，橫坐標(biāo)是不均勻的。在橫坐標(biāo)上，角頻率變化倍數(shù)常用頻程表示。所謂頻程是指高頻與低頻頻率比的對(duì)數(shù)，因?yàn)閘g10=1，因此角頻率變化10倍，在橫坐標(biāo)上的距離相差1個(gè)單位，即橫坐標(biāo)上的每等分格叫做一個(gè)10倍頻程，以dec(decade)表示。三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)幅頻特性縱坐標(biāo)以值表示，其定義對(duì)數(shù)相頻特性曲線的縱坐標(biāo)是相角的度數(shù)，取不同得ω，求得L(ω),θ(ω),做出的圖即為BODE圖。三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)(dB)2.穩(wěn)定性判據(jù)與穩(wěn)定裕量

對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是用開環(huán)頻率特性曲線來判斷系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性，這在實(shí)際工程中是很有實(shí)用價(jià)值的。(1)對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)用開環(huán)頻率特性判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的條件為三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)或者三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)穩(wěn)定不穩(wěn)定(2)穩(wěn)定性裕量在系統(tǒng)開環(huán)頻率特性中引入一個(gè)穩(wěn)定性裕量來衡量系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。

相位裕量增益裕量三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)（工程中一般取300～600）（工程中一般取6db）4.系統(tǒng)的校正按照校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)接方法，可把校正分為串聯(lián)校正和并聯(lián)校正。(1)串聯(lián)校正校正裝置串聯(lián)在前向通道中稱為串聯(lián)校正。如圖所示，串聯(lián)校正裝置一般都放在前向通道的前端，以減小功率消耗。三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)(2)并聯(lián)校正按校正環(huán)節(jié)的并聯(lián)方式，并聯(lián)校正可分為反饋校正和順饋校正。下圖所示反饋校正是從系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)的輸出中取出信號(hào)，經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)加到該環(huán)節(jié)前面某一環(huán)節(jié)的輸入端，并與那里的輸入信號(hào)疊加，從而改變信號(hào)的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)校正的目的。應(yīng)用比較多的是對(duì)系統(tǒng)的部分環(huán)節(jié)建立局部負(fù)反饋。三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)下圖所示順饋校正是從輸入(包括干擾)測(cè)取信號(hào)，經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)，再加給系統(tǒng)的回路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)校正的目的。三、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)四、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)精度要求確定，對(duì)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取=0.005-0.01mm/pulse初選步進(jìn)電機(jī)指：選擇步進(jìn)電機(jī)的類型和步矩角混合式：兼以上二者優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高反應(yīng)式：小、f高、價(jià)格低，功耗大永磁式：大、f低，功耗小，斷電后仍有制動(dòng)力矩

確定減速傳動(dòng)比按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術(shù)參數(shù)選用傳動(dòng)比公式：計(jì)算出的傳動(dòng)比較小時(shí)，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng)傳動(dòng)比較大時(shí)，采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)增加時(shí)，使齒隙和靜摩擦增加，傳動(dòng)效率降低，故傳動(dòng)級(jí)數(shù)一般不超過3級(jí)。傳動(dòng)級(jí)數(shù)的分配原則：傳動(dòng)比逐級(jí)增加（或前小后大原則），使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。(1)最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。如右圖，若不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)能不變的原則，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：因?yàn)椋核裕杭矗毫羁傻?2)重量最輕原則

對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，使各級(jí)傳動(dòng)比滿足，即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級(jí)增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進(jìn)行綜合考慮。各級(jí)傳動(dòng)比一般應(yīng)以“先大后小”原則處理。(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。設(shè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則式中：—第個(gè)齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；—第個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)軸至第級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比。

計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量目的：為選擇步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析做基礎(chǔ)圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd計(jì)算公式為：

確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算：步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩確定：驗(yàn)算慣量匹配步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)頻率確定：步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率確定：根據(jù)啟動(dòng)頻率特性曲線：Tq對(duì)應(yīng)的fqmax，實(shí)際運(yùn)行的fq<fqmax根據(jù)運(yùn)行頻率特性曲線：TL對(duì)應(yīng)的fmax，實(shí)際運(yùn)行的f

<fmax電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)控制在：小慣量電機(jī)（Jm=0.00005kgm2）大慣量電機(jī)（Jm=0.1--0.6kgm2）比值太大，系統(tǒng)動(dòng)特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。

計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度通過減速傳動(dòng)比i和絲杠導(dǎo)程p的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型可以簡(jiǎn)化成如下圖所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)圖示絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型m2KBKCminKBRKNKNR傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度為：此公式計(jì)算的主要是拉壓剛度，而絲杠本身的扭轉(zhuǎn)剛度比拉壓剛度大的多，一般不予考慮扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算公式為：G為切變摸量

計(jì)算死區(qū)誤差

計(jì)算定位誤差死區(qū)誤差又稱之為失動(dòng)量，指啟動(dòng)或反向時(shí)，系統(tǒng)的輸入與輸出運(yùn)動(dòng)間的差值產(chǎn)生死區(qū)誤差的原因電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動(dòng)死區(qū)（不靈敏區(qū)）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的間隙導(dǎo)軌副間的摩擦力由綜合拉壓剛度而產(chǎn)生的死區(qū)誤差：F為軸向負(fù)載力由于傳動(dòng)剛度變化引起定位誤差為：對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)為系統(tǒng)允許的定位精度

驗(yàn)算固有頻率固有頻率的計(jì)算公式為：m是工作臺(tái)質(zhì)量或工作臺(tái)絲杠五、開環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)誤差分析誤差來源誤差校正步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)的步距誤差，一般在左右，突然啟動(dòng)時(shí)有滯后，停止時(shí)有超前，從整個(gè)系統(tǒng)的誤差看，這一誤差較小，通常忽略不計(jì)；齒輪傳動(dòng)：齒輪副的傳動(dòng)誤差和間隙會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成誤差；滾珠絲杠副傳動(dòng)：滾珠絲杠副的軸向間隙產(chǎn)生誤差，而且由于綜合拉壓剛度不足，會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)誤差；其它傳動(dòng)裝置：聯(lián)軸器、齒型帶傳動(dòng)和諧波齒輪傳動(dòng)等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成傳動(dòng)誤差。1、機(jī)械校正：提高機(jī)械裝置自身的精度，減少誤差，如消隙、減少等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高傳動(dòng)剛度、提高固有頻率等；2、電子校正：反向死區(qū)補(bǔ)償：利用反向死區(qū)補(bǔ)償電路調(diào)整撥碼開關(guān)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償電路1.齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法(1)圓柱齒輪傳動(dòng)(a)偏心套(軸)調(diào)整法如右圖所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。(b)軸向墊片調(diào)整法如右圖所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點(diǎn)同偏心套(軸)調(diào)整法。(c)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)和另一個(gè)薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。(2)斜齒輪傳動(dòng)消除斜齒輪傳動(dòng)齒輪側(cè)隙的方法與上述錯(cuò)齒調(diào)整法基本相同，也是用兩個(gè)薄片齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合，只是在兩個(gè)薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯(cuò)開了。(3)錐齒輪傳動(dòng)(a)軸向壓簧調(diào)整法軸向壓簧調(diào)整法原理如圖6-15，在錐齒輪4的傳動(dòng)軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪l之間的齒側(cè)間隙。(b)周向彈簧調(diào)整法將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成大小兩片(1、2)，在大片錐齒輪1上制有三個(gè)周向圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個(gè)可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動(dòng)螺釘6裝配時(shí)用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。

2.齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。通過預(yù)載裝置4向齒輪3上圖6-17齒輪齒條的雙齒輪調(diào)隙機(jī)構(gòu)。預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2、5同時(shí)向兩個(gè)相反方何轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1、6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。

(1)雙螺母預(yù)緊原理根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當(dāng)墊片厚度較厚時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，而當(dāng)墊片厚度較薄時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”以消除軸向間隙。3.滾珠螺旋傳動(dòng)(2)單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）