伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計第一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第二頁，共九十七頁，2022年，8月28日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設計概述第三頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術要求

速度調節(jié)要求：可逆性要求：單向調速、可逆調速平滑性要求：有級調速、無級調速連續(xù)性要求：調速是連續(xù)的還是容許有間歇的。2.1設計概述第五頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術要求

2.

系統(tǒng)輸出軸要求：最大轉速：nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、Vmax(m/s)最

低

平

穩(wěn)

轉

速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、Vmin(m/s)調速范圍D：2.1設計概述第六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術指標要求

3.

系統(tǒng)輸出軸上負載力矩變化時，控制精度技術指標：轉速降?n（）：?n

=

n0

–

n

其

中：n0---控

制

信

號

一

定

的

情

況下

，理想的空載轉速

n

---控

制

信

號

一

定

的

情

況

下

，滿

載

時

的

轉

速靜差率δ

：﹪=﹪2.1設計概述第七頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術要求

4.階

躍

輸

入

下

系

統(tǒng)

的

動

態(tài)

響

應

特

性

：最

大

超

調

量

%調

節(jié)

時

間

ts：偏

差

在

±5﹪

或

±2﹪

范

圍振

蕩

次

數(shù)

N2.1設計概述第八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術要求

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

速

降

△nmax(或△max或△Vmax)調

整

時

間

tsf

2.1設計概述第九頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.1速度控制系統(tǒng)通常的技術要求

6.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

水、防

化、防

輻

射、電

源

條

件

的

限

制經

濟

性

要

求

：生

產

成

本

、標

準

化

程

度結

構

型

式

要

求

：體

積

、質

量

、安

裝

特

點

等2.1設計概述第十頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

速

度

調

節(jié)

要

求

：平滑性要求：有級調速、無級調速可逆性要求：單向調速、可逆調速連續(xù)性要求：調速是連續(xù)的還是容許有間歇的。2.1設計概述第十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

2.

系

統(tǒng)

輸

出

軸

要

求

：最大轉速：nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、Vmax(m/s)最

低

平

穩(wěn)

轉

速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、Vmin(m/s)調速范圍D：2.1設計概述第十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

3.

系

統(tǒng)

靜

誤

差

es

(

系

統(tǒng)

靜

差)

隨動系統(tǒng)通常設計成無靜差系統(tǒng)，當系統(tǒng)靜止協(xié)調時，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設計概述第十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

4.階

躍

輸

入

下

系

統(tǒng)

的

動

態(tài)

響

應

特

性

：最

大

超

調

量

%調

節(jié)

時

間

ts：偏

差

在

±5﹪

或

±2﹪

范

圍振

蕩

次

數(shù)

N2.1設計概述第十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

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

2.1設計概述第十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

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

系

數(shù)

Kv:(1/s)

加

速

度

品

質

系

數(shù)

Ka:

(1/s2)

2.1設計概述第十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

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

位

置

伺

服

系

統(tǒng)

無

靜差：A(0)=1)頻

帶

寬

度

ωb:閉

環(huán)

幅

頻

特

性

A(b)

=

0.707

時

的

角

頻

率。相

角

儲

量

γ2.1設計概述第十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.2位置控制系統(tǒng)通常的技術要求

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

水、防

化、防

輻

射、電源

條

件

的

限

制經

濟

性

要

求

：生

產

成

本

、標

準

化

程

度結

構

型

式

要

求

：體

積

、質

量

、安

裝

特

點

等2.1設計概述第十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第二十頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.1.3伺服系統(tǒng)的設計步驟一、調研

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

負載分析計算選擇執(zhí)行電機選擇檢測元件信號轉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、調試2.1設計概述第二十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第二十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2負載的分析計算2.2.1幾種典型負載

直線運動旋轉運動直線運動旋轉運動直線運動旋轉運動干

摩

擦

負

載粘

性

摩

擦

負

載慣性負

載干

摩

擦

力

Fc

（N）:

Fc

=

|Fc|·

Sign

V

式中：V

--

負

載

線

速

度干

摩

擦

力

矩

Mc

（N·

m）:

Mc

=

|Mc|·

Sign

Ω

式中：Ω

--

負

載

角

速

度粘

性

摩

擦

力

矩

Mb

（N·

m）:

Mb

=

b2

Ω

式中：b2(N·s·m)

–

粘性摩擦系數(shù)慣

性

力

矩

MJ（N·

m）:

MJ

=

J·ε式中：ε（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)

--

負

載

線

加

速

度1.2.3.第二十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.2.1幾種典型負載直線運動旋轉運動直線運動旋轉運動直線運動旋轉運動位能

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

Φ

式中：k2(N·m/rad)

–

彈性摩擦系數(shù)

Φ

–角位移風

阻

力

矩

Mt（N·

m）:

Mt

=

f2·Ω2

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)–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負載的分析計算第二十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第二十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第二十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第二十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日直線運動電機負載FΣ=Fc+Fb+Fm=Fc+b1v+(md+mz)·a式中:

FΣ

----電機軸受到的合力

md----

電機動子質量

mz----

負載質量2.2負載的分析計算第二十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第二十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日旋轉運動電機負載MΣ

=Mc+MJ=Mc+(Jd+Jz)·ε式中:

MΣ

----電機軸受到的合力矩

Jd

----

電機轉動慣量

Jz

----

負載轉動慣量2.2負載的分析計算第三十頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第三十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日考慮減速比iz22z11z31z21z12z32123電機負載Ωd=i·ΩzΦd=i·Φzεd=i·εzi=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負載的分析計算第三十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第三十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日考慮傳動效率ηz22z11z31z21z12z32123電機負載電機的輸出功率與負載消耗功率相等

Md·Ωd=MZ·ΩZMd=---------MZi·ηΩd=i·Ωz2.2負載的分析計算η第三十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第三十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日負載參數(shù)的折算第三十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日負載參數(shù)的折算第三十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日負載參數(shù)的折算第三十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第三十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日單軸傳動已

知：負

載

W

=

m

g

，轉

子

轉

動

慣

量

Jd，轆

輪

轉

動

慣

量

Jp，直

徑

2R，電

機

和

轆

輪

的

角

速

度

為

Ω

，負

載

線

速

度

v

=

Ω

·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MΣ=MJ-MW=(Jd+JP+m·R2)·ε2

-

W·R電

機負

載轆

輪W2.2負載的分析計算

MΣ=MJ

+MW=

(Jd+JP

+m·R2)·ε1

+W·R第四十頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

運

動

轉

換直線運動旋轉運動考慮減速比i考

慮

傳

動

效

率η負載參數(shù)的折算單軸傳動多軸傳動2.2負載的分析計算第四十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

多軸傳動電

機負

載轆

輪Wz22z11z31z21z12z32123若

電

機

軸

與

轆

輪

之

間

存

在

減

速比

i

和

傳

動

效

率

η

，則提升負載時，電機軸上的總負載力矩

MΣ=MJ’+MW’=

(Jd+)·ε1’+.

下放負載時，電機軸上的總負載力矩

MΣ=MJ’-MW’=

(Jd+)·ε2’-.

2.2負載的分析計算第四十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日

2.1設計概述（舊版書：5–1）

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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檢測裝置的選擇和設計

2.5信號轉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振幅調制線路

2.5.4脈沖寬度調制(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)設計第四十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日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有關，還與運動狀況有關。2.2負載的分析計算第四十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日

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

子

的

轉

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

動

效

率

η

，往

復

運

動

部

分

的

總

質

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齒條工件工作臺刨刀電機tMC(c)t0MP(d)MJ0t(e)M∑0t0(f)tt1t2t3t4t5t60(b)MΣ=2.2負載的分析計算MC+MP+MJ第四十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日

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

轉

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

。M∑0t0(f)t1t2t3t4t5t6M1M2M3M4M5M6若考慮到電機在起動、制動過程中低轉速時散熱條件差，故加權系數(shù)α<1。一般可取α=0.75。若起動段和制動段在一個周期內占的比例較大，可取α=0.5。2.2負載的分析計算第四十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日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有關，還與運動狀況有關。2.2負載的分析計算第四十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日在

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

tC

=

m

i

cos

i

t

=

m

i

sin(

it+90O)C

=

-m

i2

sin

it

=

m

i2

sin(

it+1800)m

=

m

im

=

m

i2m

=

m2/m

i

=

m/m2.2負載的分析計算Mdx第四十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日某

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

子

轉

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

動

慣

量

是

Jz，現(xiàn)

求

等

效

正

弦

運

動

時

的

Mdx。例2等效正弦運動的周期：T=2/i=2m/m2.2負載的分析計算第四十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日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負載的分析計算第五十頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計

2.1設計概述

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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脈沖寬度調制(PWM)線路

2.5.3頻壓轉換電路

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：5–3）（書：第二章、5–4）（書：5–4）（書：5–4）（書：5–4）第五十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日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第五十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日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第五十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日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第五十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.電磁感應定律回顧線圈感應電動勢（法拉第定律）Φ電機中常見的是磁通Φ隨時間按正弦規(guī)律變化：2.3執(zhí)行元件的選擇第五十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日BVe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

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)行元件的選擇第五十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日由于流過線圈中的電流隨時間變化而在線圈內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)行元件的選擇第五十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日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)行元件的選擇第五十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日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第五十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日3.直流伺服電動機

它激/永磁直流電動機

工作原理：iBff

動態(tài)方程：uauaRaLaia電樞回路電壓平衡方程式：電動機的電磁轉矩：電樞繞組感應電動勢：電動機的輸出轉矩：2.3執(zhí)行元件的選擇第六十頁，共九十七頁，2022年，8月28日

機械特性機械特性指控制電壓恒定時，電機的轉速隨轉矩變化的關系，即ua=常數(shù)，Ω=f(M)ua=常數(shù)時，MΩΩ02.3執(zhí)行元件的選擇第六十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日+E+E-ET1T2R4R5R6R7R9R8T3T4R10R11D1D2D3D4+-2.3執(zhí)行元件的選擇abAusrR2R3R1

應用c第六十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日直流力矩電動機

定義：直流力矩電動機是一種由伺服電動機和驅動電機相結合而形成的特殊電機。它可以不用齒輪等減速機構直接驅動負載，并由輸入控制電壓信號直接調節(jié)負載的轉速。在位置控制方式的伺服系統(tǒng)中，它可以長期工作在堵轉狀態(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)行元件的選擇第六十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日

機械特性MΩΩ0MfdMld

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構緊湊等第六十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日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第六十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日4.交流伺服電動機

結構ujuc2.3執(zhí)行元件的選擇

兩相異步電動機第六十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日

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uj900。ujuc+-+-ijicωtωtujuc0π2π2.3執(zhí)行元件的選擇第六十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日控制方式幅值控制相

位

控

制幅相控制ucujcu1.......ucuj2.3執(zhí)行元件的選擇第六十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二章伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設計

2.1設計概述

2.1.1速度伺服系統(tǒng)通常的技術要求

2.1.2位置伺服系統(tǒng)通常的技術要求

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脈沖寬度調制(PWM)

線路

2.5.4頻壓轉換電路

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：5–3）（書：第二章、5–4）（書：5–4）（書：5–4）（書：5–4）第六十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日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)行電機的選擇第七十頁，共九十七頁，2022年，8月28日2.3.2執(zhí)行電機的選擇2.3執(zhí)行元件的選擇

負載通常給定技術指標：Ωm、εm、ec、ev、ea、em、JZ、MC、σ﹪、ts1.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第七十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日電機給定技術指標：一般電機：Ue、ne、Ie、Pe、Me、Jd

[kg·m2]若未給Jd，給出GD2（飛輪轉矩）則兩相異步電機：Ue、Ie、Pe、Me、n0、Mdd(堵轉力矩）、

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)行元件的選擇第七十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日

ne≥nm=

Me≥Mc+(Jd+Jz)·εm過載檢驗：λMe≥Mm普通型:λ起重型:λ鼠籠轉子:λ≈1.8-2空心杯轉子:λ≈直流電動機：λ≈2.5-3，若絕緣好，λ≈4-5t≤1秒時：λ≤102.3執(zhí)行元件的選擇

執(zhí)行電機的選擇t≤3秒：三相異步電機兩相異步電機第七十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日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

指

標

：n0、Mfd、Mld、Um、U、Jd

[kg·m2]試湊：MΣ

=Mc+(Jd+Jz)·εm，驗算：穩(wěn)態(tài)檢驗

Ω0=n0

ΩL0=n0

=Ω0若t≤3秒，則檢驗MA≥MΣ，否則重選電機。若t>3秒，則檢驗MB≥MΣ，否則重選電機。

執(zhí)行電機的選擇：MΩΩ0MfdMldΩL0ABMBMAΩα此時Ω=Ωα第七十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日求力矩電機的電勢系數(shù)過載檢驗：

Umax

----快速反轉所加的電樞最大電壓

Ωmax

----最大角速度

RΣ

----電樞回路總電阻

Km(N·m/A)

----電機轉矩系數(shù)②短時過載檢驗2.3執(zhí)行元件的選擇式中：第七十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日要求ω≥ωb帶寬ωb的概念閉環(huán)傳遞函數(shù)，則

ω=ωb時，根據(jù)經驗公式：在γ∈[300~600]時，工程上近似有

ωb≈(1.2~2)ωC③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：ω≥ωb,t≤ts|Φ（ω）|ωωb|Φ（ω0）|第七十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日

ωc與ε的關系2.3執(zhí)行元件的選擇W

(

s

)eΦrΦc當ω=ωc時,第七十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日M與ω的關系2.3執(zhí)行元件