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1、伺服系统的动力方法设计伺服系统的设计包括：伺服系统的动力方法设计-静态设计伺服电机型号和电机机械系统参数相互匹配。控制理论方法设计-控制器参数和动态性能指标一、惯量匹配：（一）.等效负载惯量 JL 的计算1.驱动回转体的转动惯量：回转运动的动能：根据能量守恒:推广到对多轴系统：2.直线运动物体的等效转动惯量：以丝杠螺母带动工作台为例：直线运动工作台的动能：将此能量转换成电机轴回转运动的能量，根据能量守恒，推广到对一般系统：3.回转和直线联动装置的等效转动惯量： （二）. 惯量匹配原则1.步进电机的惯量匹配条件：带惯性负载时的最大启动频率：2.交、直流伺服电机的惯量匹配原则：对于采用惯量较小的直
2、流伺服电机的伺服系统对于采用大惯量直流伺服电机的伺服系统二、容量匹配：（一）. 等效转矩的计算1.等效负载转矩TL的计算根据能量守恒原理：有些机械装置中有负载作用的轴不止一个，此时2.等效摩擦转矩Tf的计算由于机械装置大部分损失的功率是克服摩擦力做功，所以等效摩擦力矩根据机械效率做近似 估算：3.等效惯性力矩Ta的计算电机在变速时，需要一定的加速力矩。 （二）. 伺服电机容量匹配原则1.步进电机的容量匹配2.交直流伺服电机的容量匹配：直流伺服电机的转矩-速度特性曲线分成连续工作区、断续工作区、加减速工作区，三个区用途不同，电机转矩的选择方法也不一样。工程上常根据电机发热条件的等效原则，将重复短
3、时工作制等效于连续工作制的电机来选择。三、速度匹配同样功率的电机，额定转速高则电机尺寸小，重量轻；电机转速越高，传动比就会越大，这对于减小伺服电机等效转动惯量，提高电机负载能力有利。因此电机常工作在高转速低扭矩状态。但是机械装置工作在低转速高扭矩状态，所以要在伺服电机和机械装置之间需要减速器匹配。应该在对负载分析的基础上，合理选择减速器的减速比。四、伺服电机选择实例：（一）步进电机选择实例工作台（拖板）重量 W=2000N，拖板导轨之间摩擦系数 =0.06，车削是最大切削负载FZ=2150N，y 向切削分力 Fy=2FZ=4300N（垂直于导轨），要求刀具切削使得进给速度 v1=10-500m
4、m/min，快速行程速度 v2=3000mm/min，滚珠丝杠名义直径 d0=32mm，导程 tsp=6mm，丝杠总长 l=1400mm，拖板最大行程为 1150mm，定位精度0.01mm，试选择合适的步进电机。图 4.18 步进电机带动工作台1.脉冲当量的选择：初选三相步进电机的步距角为 0.75/1.5，当三相六拍运行时，步距角 =0.75，其每转脉冲数 S=360/=480。初选脉冲当量 =0.01mm，根据脉冲当量的定义，可得中间齿轮传动比 i 为选小齿轮齿数 Z1=20，Z2=25。模数 m=22.等效负载转矩的计算（1）空载时的等效摩擦转矩 Tf （2）车削加工时的等效负载转矩 T
5、L3.等效转动惯量（1）滚珠丝杠的转动惯量 Jsp（2）拖板运动惯量换算到电机轴上的转动惯量 JW（3）大齿轮的转动惯量 Jg2（4）小齿轮的转动惯量 Jg14.初选电机型号已知 TL=241.4（N.cm），JL=7.76（N.cm. s2），初选电机型号为 110BF003，其最大静转矩 Tmax=800，转子惯量 Jm=4.7 （N.cm. s2）由此可得满足惯量匹配和容量匹配的条件5.速度验算（1）快进速度验算查步进电机运行矩频曲线得当 fmax=6000HZ 时，电机转矩 Tm=90（Ncm）Tf=11.46,可按此频率计算最大进给速度 v2（2）工进速度的验算综上所述，可选择此型号
6、的电机（二）直流伺服电机选择实例线位移脉冲当量 =0.01mm，最大进给速度 v2=6000mm/min，加速时间 0.2s，移动体重量 W=2000N，移动速度 6m/min，拖板导轨之间摩擦系数 =0.065，电机直接驱动丝杠。丝杠外径 55mm，试选择合适的直流伺服电机。图 4.19 直流伺服电机带动工作台1.根据脉冲当量确定丝杠导程和齿轮传动比：已知 和编码器分辨率，可知步距角换算到电机轴上2.所需电机转速的计算编码器轴上转速3.等效负载转矩的计算预紧力 F2=F1/3=433.33（N）4.等效转动惯量的计算移动体传动体 5.初选电机型号已知 TL=200.45（N.cm），JL=245（kg.cm2），初选电机型号为 CN-800-10，其最大静转矩 TR=830 （N.cm）， 转子惯量 Jm=91 （kg.cm2）由此可得6.计算电机所需转矩 Tm
