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1、YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty动作控制动作控制伺服驱动器基础课程伺服驱动器基础课程安川安川电机电机（上海）有限公司上海）有限公司1YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 伺服的基本概念基本概念 .1 .1伺服的定伺服的定义和和外观结构外观结构 .2.2 伺服伺服驱动的构成的构成 .3 .3伺服的性能伺服的性能评价价2YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 1.11.1伺服的定伺服的定义和构成要素和构成要素 伺服的定伺服的定义 伺服的构成要素伺服的构成要素伺服系伺服系统
2、-是使物体的位置、方位、状是使物体的位置、方位、状态等等输出被控量能出被控量能够跟随跟随输入目入目标值(或或给定定值)的任意的任意变化的自化的自动控制系控制系统。 。 反反馈馈回路回路（半半闭闭式式）目目标值标值发发生装置生装置伺服伺服驱动驱动机械机械速度速度位置位置输出出全全闭位置位置环检出器出器伺服伺服电电机机3YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty1.1.1伺服的外伺服的外观结构和构和铭牌牌4YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty整流部整流部逆逆变部部电源部源部控制部控制部电流演算部流演算部商用商用电源源指令
3、信号指令信号电机机编码器器回転角度情報回転角度情報反反馈1.21.2 伺服的构成伺服的构成5YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty1.2.11.2.1控制部的构成控制部的构成速度速度控制部控制部编码器器位置位置反反馈电流反流反馈电流流控制部控制部位置位置控制部控制部位置位置速度速度变换速度速度反反馈速度速度环位置位置环电流流环位置指令位置指令电机机环路是由位置控制部、速度控制部、路是由位置控制部、速度控制部、电流控制部流控制部发出的指令出的指令控制部控制部输出出指令反指令反馈所形成的所形成的闭合回路。合回路。电流回路在伺服器内流回路在伺服器内闭合，位置回
4、路、速度回路向伺服合，位置回路、速度回路向伺服驱动外外输出。出。6YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty数字伺服的位置决定指令数字伺服的位置决定指令输输入信号是脉冲列入信号是脉冲列。位置决定量是脉冲数，位置决位置决定量是脉冲数，位置决定速度是定速度是单位位时间（秒）的脉冲量。（秒）的脉冲量。（：（：）输输入的脉冲量与反入的脉冲量与反馈馈的脉冲数量相一致的脉冲数量相一致时时，这这才完成了位置决定才完成了位置决定这这一构成一构成。在位置控制部中，因在位置控制部中，因为为有有输输入脉冲的加算、反入脉冲的加算、反馈馈脉冲的减算，所以有一个脉冲的减算，所以有一个计
5、计数器数器。 （也称偏差（也称偏差计计数器）数器）1.2.21.2.2 位置控制部的构成位置控制部的构成7YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty1.2.31.2.3 速度控制部的构成速度控制部的构成速度控制部的构成和速度控制部的构成和积积分器的运作分器的运作无无积积分器的分器的话话，必定有一个克服，必定有一个克服负负荷摩荷摩擦的擦的转转矩，必然存在指令矩，必然存在指令值值与当前与当前值值的的差，所以速度会达不到指令差，所以速度会达不到指令值值。多多早早去去追追上上指指令令，这这个个时时间间可可通通过过伺伺服服器器内内部部的的时时参参数数来来设设定定，这这
6、个个值值依依存存于于机械的机械的刚刚性性。时时参数参数请请参照后参照后页页设设定方法、定方法、刚刚性等后述性等后述象象这样这样比例控制比例控制（ProportionalProportional）和和积积分控制分控制（IntegralIntegral）的的组组合合就称就称为为PIPI控制控制。像始像始动时动时那那样样, ,尽可能使尽可能使应应答答迟缓迟缓减小的情减小的情况况时时,PI-I,PI-I单纯单纯作作为为比例增幅器运作比例增幅器运作。在正在正常运行常运行时时, ,由于外乱由于外乱转转矩等矩等,PI-I,PI-I作作为积为积分分器运作器运作. .可可对对速度偏差速度偏差进进行行积积分分,
7、,实实行修正行修正控制控制. .8YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 1.2.41.2.4 比例動作（動作）将增益将增益调调整到一个相当的量整到一个相当的量时时，比例，比例动动作增作增强强，应应答速度答速度变变快快。输输入偏差入偏差为为0 0时时，有，有连续连续的运作的运作。 T=0T=09YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 1.2.51.2.5 積分動作（動作） 偏差偏差变变小、小、负负荷荷动动作越困作越困难难偏差微量存在，偏差微量存在，这这个量就称个量就称为为残留偏差残留偏差（偏移偏移）。）。即使是小偏
8、差即使是小偏差, ,也可以也可以积积累成大的操作量累成大的操作量。直到偏差成直到偏差成为为0 0，负负荷才可以运作。荷才可以运作。T=0T=010YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty -i（） 1.2.61.2.6 比例積分動作（動作）：积积分分时间时间 =0P P动动作与作与I I动动作并用作并用。越短，越短，动动作表作表现现越越强强。T=0 11YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty有关有关电电流控制的性能流控制的性能评评价价电电流流环环增益增益有关速度控制的性能有关速度控制的性能评评价价速度速度环环增益增益
9、过过渡渡应应答的速度答的速度环环增益增益频率应答的环增益频率应答的环增益 速度速度环积环积分分时时参数参数有关位置控制的性能有关位置控制的性能评评价价 位置位置环环增益增益位置决定整定位置决定整定时间时间位置决定精度位置决定精度1.31.3 伺服的性能伺服的性能评价价评评价价伺伺服服的的应应答答性性（指指令令输输入入后后输输出出的的情情况况（电电机机如如何何转转动动），使使用用回回路路增增益益这这个个用用语语。就就是是GAINGAIN，获获得得和和利利益益的的意意思思。是是输输入入和和输输出出之之比比所所解解释释的技的技术术语术术语，现现在直接使用增益来表示。在直接使用增益来表示。输入入A A
10、输出出B B系系统统增益增益B/AB/A12YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty1.3.11.3.1 有关有关电流控制的性能流控制的性能评价价所所谓电谓电流控制的回路增益，就是由流控制的回路增益，就是由电电流控制部流控制部输输入入电电流指令，流指令，电电流是怎流是怎样样流流动动的的应应答性答性。但是，但是，这这个个应应答性是不依存机械而存在的，回路在伺服内部，并且，答性是不依存机械而存在的，回路在伺服内部，并且，这这个个应应答性可以充分地高，因此不能与机械相答性可以充分地高，因此不能与机械相调调整。整。电电流控制部流控制部电流流输出出应答答与与电电机的
11、机的应应答相比答相比显显著地早著地早13YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty1.3.21.3.2 有关速度控制的性能有关速度控制的性能评价价速度速度环环增益和速度增益和速度环积环积分分时时参数影响速度控制的性参数影响速度控制的性能能。速度速度环环增益中又包括增益中又包括过过度度应应答的速度答的速度环环增益和增益和频频率率应应答的速度答的速度环环增益增益。关于速度控关于速度控制的性能制的性能评评价价A-1)A-1)过过度度应应答的速度答的速度环环增益增益A-2)A-2)频频率率应应答的速度答的速度环环增益增益A)A)速度回路增益速度回路增益B)B)速度回
12、路速度回路积积分分时时参数参数14YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty过过度度应应答速度答速度环环增益增益输输入入阶阶梯状的信号之后到梯状的信号之后到输输出指令出指令值值到达到达63.2%63.2%的的这这一段一段时间时间称称为为时时参数，参数，这这个逆数称个逆数称为为速度速度环环增益增益。63.263.2速度速度100100阶阶梯状的速度指令梯状的速度指令（输输入入）实际实际的的电电机机应应答答（输输出出） ）速度速度环增益增益 KvKv1 1T Tm m（ （単位単位1 1）时间时间（）（）时参数参数 T Tm m（ （）1.3.2-1.3.2-A
13、 A） ） 速度速度环增益增益15YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty A-2） ） 所所谓的的频率率应答特性速度答特性速度环增益增益电电机回机回转转速度速度伺服器伺服器电机机速度指令速度指令输入端子入端子速度指令速度指令电压电机回机回转速度速度增益增益E Ei位相遅位相遅增益是增益是（） 的的频频率率称称为这为这个个频频率的率的频频率特性率特性是是1.3.2-1.3.2-A A） ） 速度速度环增益增益16YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty过度度应答性的速度答性的速度环增益增益和和频率率应答性的速度答性的速
14、度环增益增益 的关系的关系 1.3.2-1.3.2-A A） ） 速度速度环增益增益17YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty速度速度环积环积分分时时参数能参数能对应对应机械机械刚刚性性进进行行设设定定。速度速度环积环积分分时时参数参数缩缩短，指令也一致短，指令也一致缩缩短短时间时间，如果不，如果不缩缩短，机械会短，机械会发发生生振振动动。有必要有必要设设定适合的机械定适合的机械刚刚性。性。時間時間 速度速度环环增益和增益和积积分分时时参数之参数之间间有一定的关系有一定的关系. .即即使使设设定定了了最最适适的的速速度度环环增增益益速度速度時間時間积积分
15、分时时参数参数设设定不良定不良时时1.3.2 B） ） 速度速度环积分分时参数参数18YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty位置位置环环增益增益 位置位置环环增益就是增益就是进进行位置决定的行位置决定的时时候速度的候速度的应应答性答性。 在数字伺服中，位置决定指令是以脉冲信号在数字伺服中，位置决定指令是以脉冲信号输输入的入的。 位置决定量就是脉冲量。位置决定速度就是位置决定量就是脉冲量。位置决定速度就是单单位位时间时间（S S）内通）内通过过的脉冲数的脉冲数（：）（：）。 输输入的脉冲数和反入的脉冲数和反馈馈的脉冲数一致的脉冲数一致时时，才完成了位置决定
16、，才完成了位置决定过过程程。 在位置控制部，在位置控制部，输输入脉冲的加算，反入脉冲的加算，反馈馈脉冲的减算，脉冲的减算，设设置置计计数器数器（也称偏差（也称偏差计计数器）数器）。1.3.31.3.3 位置位置环增益增益19YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty速度指令大回転。位置决定位置决定动作的作的实例例 指令指令单位位在在的距离中的距离中 以以进行位置决定。行位置决定。位置决定脉冲数位置决定脉冲数：，：， 位置决定速度位置决定速度：，：，1.3.31.3.3 位置位置环增益增益（続）（続）20YASKAWAQualityandBeautyQuali
17、tyandBeauty 用用户参数参数目目标标: :在学在学习习伺服系伺服系统统在机械在机械电电机方面的安装机方面的安装时时，首先首先要学要学习习如何调节如何调节用用户户参数参数。它是位置控制它是位置控制与与电电气之气之间间的一个界面，它包含了的一个界面，它包含了电电机机与与编码编码器的工作。其他的自器的工作。其他的自动动控制机器的控制机器的连续连续性和互性和互锁锁性。性。2.12.1用用户户参数的定参数的定义义和安装和安装2.22.2用用户户参数参数实实例例21YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty2.1 用用户参数的定参数的定义和安装和安装用用户户参
18、数有两个参数有两个类类型型。 选择选择型型由由1616个个环节环节4 4行行组组成成。 根据各行的根据各行的设设定，定，选择选择机能机能。 调调整型整型 设设定数定数值值。用用户户参数可通参数可通过过WIN+WIN+软软件，数字操作器，面板操作器件，数字操作器，面板操作器设设定定。2 - 222YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty2.2 用用户参数概要参数概要选择选择型型 (Pn-000(Pn-000 003003等等) )控制模式控制模式选择选择( (位置位置, ,速度速度,转转矩控制矩控制)机能使用、不使用机能使用、不使用设设定定报报警警时时的伺服
19、运作的伺服运作选择选择电电机回机回转转方向的方向的设设定定I/OI/O信号信号的开断的开断（使用）不使用（常時（使用）不使用（常時ONON、OFFOFF）调调整型整型(Pn100(Pn100等等) )各种增益各种增益 位置决定位置决定单单位、速度、及位、速度、及转转矩指令矩指令信号信号点点动动速度速度有关有关转转矩速度的参数矩速度的参数连续连续参数参数以下是以下是SGDM(SGDH)伺服用的伺服用的二二个个类型的参数型的参数。 。23YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty2.2.1 选择型用型用户参数的代表例参数的代表例分分 類類設設 定定 値値説説 明
20、明电电机机电电机回机回转转方向方向设设定定Pn000的的0位位 0以及以及 0:0:正正转转1:1:逆逆转转控制模式控制模式选择选择Pn000的的1位位0B0:0:速度控制速度控制1:1:位置控制位置控制 2:2:转转矩控制矩控制3:3:内部内部设设定速度定速度选择选择等等伺服伺服OFFOFF时时及及报报警警发发生生时时的停止法的停止法Pn001的的0位位 0 1以及以及2 0:0:以以动态动态制制动动（DBDB）停止停止 1:1:以以DBDB停止停止、在在这这之后之后DBDB解除解除 2:2:自由运行状自由运行状态态停止停止超程超程时时停止停止选择选择Pn001的的1位位0 以及以及20:0
21、:自由运行停止自由运行停止：减速停止后伺服振减速停止后伺服振动动2:2:减速停止后自由运行状减速停止后自由运行状态态AC/DCAC/DC电电源源输输入入选择选择Pn001的的2位位0以及以及 0:AC0:AC电电源源输输入入1:DC1:DC电电源源输输入入警警报报代代码输码输出出Pn001的的3位位0以及以及 0:0:只在只在端子端子AOL1,AOL2,AOL3AOL1,AOL2,AOL3输输出警告代出警告代码码1:1:故障代故障代码码、警告代、警告代码码两方面两方面输输出出Pn000Pn00124YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty分分 類類参数参数
22、名名 称称出厂出厂设设定定增益关系增益关系Pn100Pn101Pn102Pn103Pn104Pn105Pn106速度速度环环增益增益速度速度环积环积分分时时参数参数位置位置环环参数参数惯惯性力矩比性力矩比第第2 2速度速度环环增益增益第第2 2速度速度环积环积分分时时参数参数第第2 2速度速度环环增益增益40200040040200040单单位位HZ0.01ms sHZ0.01ms2.2.2 用用户参数参数（ （调整型整型）代表例）代表例25YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 伺服增益的伺服增益的调整整3.13.1增益的特性确增益的特性确认认3.23
23、.2在在线线自自动动运行运行3.33.3手手动动运行运行目目标： ：伺服增益特性的增益伺服增益特性的增益。 。 26YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty3.1 增益特性确增益特性确认1 Kv=120,Kp=80Kv=120,Kp=120位置位置环环增益的增益的变变更更整定整定时间变时间变化化COIN信号使用信号使用27YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty3.1 增益特性确增益特性确认 2速度速度环积环积分分时时参数超程的影响参数超程的影响Kv=120Hz,Ti=8.0msKv=120Hz,Ti=2.0ms超程小
24、超程小、 、位置决定位置决定迟缓超程大、位置决定快速超程大、位置决定快速28YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty位置决定量位置决定量： ： 10转位置决定速度位置决定速度： ： 3000 min-1只上升只上升Kp,应答答变快快,观察速度察速度带来的振来的振动。 。Kv=40,Kp=100, JL/JM=460%Kv=160,Kp=100, JL/JM=460%Kv=40,Kp=40, JL/JM=460%3.1 增益特性确增益特性确认 3和和的平衡的平衡29YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty1)1)在在线线
25、自自动动运行运行在伺服的运行中在伺服的运行中测测定定负负荷荷惯惯性的最大性的最大值值, ,一定地保持以速度一定地保持以速度环环增益增益或位置或位置环环增益增益为为目目标标的机能的机能。)自自动动运行下的自运行下的自动设动设定增益定增益速度速度环环增益增益 KvKv（Pn100Pn100） 速度速度环积环积分分时时参数参数TiTi（Pn101Pn101） 位置位置环环增益增益 KpKp（Pn102Pn102）转转矩指令矩指令滤滤波器波器时时参数参数 （Pn401Pn401）设定机械刚性以最初设定运转运作运作手动调整保存结果变动设定常时自动运行运作3.2 在在线自自动运行运行 30YASKAWAQ
26、ualityandBeautyQualityandBeauty3.3 手手动运行运行 在在手手动动运运行行不不能能满满足足应应答答特特性性的的情情况况、还还可可通通过过提提前前运运行行、分分别别地地对对增增益益一个一个地一个一个地进进行运行行运行。 。模模拟拟指令增益的指令增益的调调整整指令指令电压电压偏移最小化偏移最小化速度速度环环增益的增益的调调整整积积分分时时参数的参数的调调整整位置位置环环增益的增益的调调整整位置关系提前运行机能的位置关系提前运行机能的调调整整仅位置控制的位置控制的时候候根据上位控制的指令根据上位控制的指令输输出，出，进进行增益的行增益的调调整整。来来自自上上位位控控制
27、制的的指指令令输输出出为为0 0的的时时候候，电电机机完完全全停停止止，调调整偏置整偏置。即即使使手手动运运行行还不不能能满足足应答答特特性性的的情情况况, ,提提前前运运行行机能可适用机能可适用, ,进行行调整整。 。积分分时参参数数长， ，位位置置环增增益益小小。 。为了了得得到到最最适适应答答性性， ，调整速度整速度环增益。增益。直到无机械振直到无机械振动, ,将将积分分时参数参数进行行缩短短调整整。 。直到无机械振直到无机械振动, ,将位置将位置环增益增益进行行扩大大调整整。 。31YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty根据不同的增益根据不同的增
28、益, ,学学习习如何改如何改变应变应答特性答特性。 。KvKv=40HZTi=20ms=40HZTi=20msTfTf=1ms=1msKvKv=85HZTi=10ms=85HZTi=10msTfTf=0.5ms=0.5msKvKv=160HZTi=6ms=160HZTi=6msTfTf=0.21ms=0.21ms由由始始动开开始始到到达达指指令令值指指时间为 8 8同同 5 5同同 3.73.73.3 手手动运行运行 32YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty电机的机种和容量的选定4.14.1选定公式的定公式的导入入4.24.2为选定而定而讨论的的项目目
29、 选定定讲习4.34.34.44.4样本本读取的方法取的方法 再生再生讨论4.54.5目目标： ： 学学习习伺服伺服电电机机( (机种和容量机种和容量) )选选型公式的要点型公式的要点。并且根据向本社用并且根据向本社用户户提供的提供的电电机机选选型型软软件件, ,进进行行选选型型讲习讲习和再生和再生讨论讨论. .33YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty4000400030003000100010002000200024680转矩矩 (Nm)速度速度 (min-1)瞬瞬时时最大最大转转矩矩（瞬瞬时时究竟是多少秒究竟是多少秒？ 参照下参照下页页的符的符负负
30、荷特性荷特性）连续连续使用最大使用最大转转矩矩连续连续使用区域使用区域反复使用区域反复使用区域RMSRMS转转矩在矩在连续连续使用范使用范围围内的内的话话、在在过负过负荷特性容荷特性容许时许时也可以使用也可以使用（关于关于实实效效值值以后叙述以后叙述）安全使用区域安全使用区域RMSRMS转转矩必矩必须须在在这这个区域里个区域里额额定回定回转转速度速度（以以额额定速度运行的定速度运行的电电机机回回转转速度速度）SGMAH-08A失速失速转转矩矩速度速度为为0 0时时的的转转矩矩500050004.14.1 样本的本的读取取 1 1A) 转矩矩-回回转速度特性速度特性34YASKAWAQualit
31、yandBeautyQualityandBeautyB) 过负荷特性荷特性 通電時間通電時間 (s)(s)100010001001005 53 31 10.70.71 13 32 2电电机机额额定定电电流流(%)(%)样本的本的读取取 2 2热热启启动动冷启冷启动动热热启启动动：电电机在机在热饱热饱和状和状态态使用的情况使用的情况冷启冷启动动：电电机在充分冷却机在充分冷却时时运作的情况运作的情况额额定的多少倍定的多少倍（）（）的的电电流流、经过经过几秒流几秒流过过。见见右右图图、冷启冷启动动、2 2倍的倍的额额定定电电流在流在秒秒中流中流过过读读取情况取情况还还是相当良好是相当良好。 。4.1
32、4.135YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty4.1 伺服选型原则及步骤一、伺服选型原则 力矩:负载力矩额定力矩;加速力矩最大力矩;转动惯量比:负载侧转动惯量与电机转子转动惯量比要在电机允许范围内转速:设计转速电机最大转速控制方法:模拟量控制、脉冲控制或通信控制安装尺寸:应考虑电机法兰面、轴径、整体尺寸制动器：电机是否需要带制动器(根据机械结构）使用环境：电机是否要加油封（是否有油水）再生能量：再生能力是否过大，需加外置再生电阻36YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty4.2 选型公式的导入1工作台工作台： ：
33、质量量 （）（） 移移动速度速度 （）（）电机机连轴器以及器以及减速机减速机（ （減速比減速比） ）N M （in- ） ）机械效率机械效率 推力推力 ：（）：（） 下注下注摩擦系数摩擦系数滚珠珠丝杠杠： ： 长度度 （）（） 导程程 （）（） 直径直径 （）（） 密度密度 （ （ ） ）得得根据根据 和和 的关系的关系（ （）由由37YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty工作台工作台： ： 质量量 （）（） 移移动速度速度 （）（）电机机连轴器以及减速机器以及减速机（ （減速比減速比） ）N M （in- ） ）机械效率机械效率 推力推力 ：（）：（）
34、 下注下注摩擦系数摩擦系数滚珠珠丝杠杠： ： 长度度 （）（） 导程程 （）（） 直径直径 （）（） 密度密度 （ （ ） ）电电机机（回回转转速度速度：N N（minmin- -）输输出的出的倍倍就成就成为为工作台运行的工作台运行的动动力力。这这个个时时候候电电机机转转矩矩T T 得得另另如果有如果有那么下式也成立那么下式也成立。 。注：注： 所所谓谓推力，就是金属加工推力，就是金属加工时时与切削力反作与切削力反作用的力，它是外力施与工作台的一个很重要的用的力，它是外力施与工作台的一个很重要的力力。只是工作台移只是工作台移动动的情况的情况时时F=0F=0。4.2 选型公式的导入2（ （）（
35、（）由由38YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 电机机（ （回回转速度速度： ：N（ （min- ）考考虑到到回回转运运动能能可可换算改算改变成成直直线运运动能能、 、电机机轴换算工作台算工作台惯性力矩性力矩J J（ （kgkg ）可由）可由下式下式导出出 。 。得得以及以及4.2 选定公式导入3（ （）（ （）由由39YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty（）（）滚轴丝滚轴丝杠的杠的惯惯性力矩性力矩J J与与质质量量知知晓晓的的话话，就，就导导出下式出下式。（）（） 质量量 不知不知晓的的话，明白，明白材质材
36、质的密度就可的密度就可导出下式。出下式。体体积积4.2 选型公式导入4（ （）（ （）40YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 电电机机（回転速度：（回転速度：N N（minmin- -）的回的回转转能量可以看作能量可以看作滚轴丝滚轴丝杠的回杠的回转转能量能量、电电机机轴换轴换算的算的滚轴丝滚轴丝杠的杠的惯惯性力矩性力矩J J3 3（kgkg ）可由下式可由下式导导出出。另另的的话话，可得，可得（）（）滚轴丝滚轴丝杠的杠的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩根据根据 电机机轴换算全算全负荷荷惯性力矩性力矩 连轴器以及减速机的器以及减速机的惯性力矩性力矩
37、 、 、 注：注：一般来一般来说说，由，由电电机机轴轴来看减速机的来看减速机的惯惯性力矩是减速机厂家定好的性力矩是减速机厂家定好的。不能不能给给与与连轴连轴器的器的惯惯性力矩的，就用性力矩的，就用质质量、量、直径直径以及以及材質密度材質密度直径直径以及厚薄，利用公式算出以及厚薄，利用公式算出滚轴丝滚轴丝杠的杠的惯惯性力矩。性力矩。4.2 選定公式導入5得到得到41YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty 给给与机械所要求的始与机械所要求的始动时间动时间、制、制动时间动时间，但究竟，但究竟要要给给多少的始多少的始动转动转矩、制矩、制动转动转矩，由下式可以求矩
38、，由下式可以求得得。N NM M始動時間始動時間 t ta a回転速度回転速度minmin-1-1 時間時間 角加速度角加速度 （/）N Nt ta a始動時間始動時間 t t 始動（始動（Tp（ （N ）根据回根据回转转运运动动的基本公式的基本公式 T=JT=J、电电机的机的惯惯性力矩性力矩J JM M、电电机机轴换轴换算的算的全全负负荷荷惯惯性力矩性力矩J JL L、所要始所要始动转动转矩矩T T、电电机机轴换轴换算算负负荷荷转转矩矩T TL L（T T T TL L）是是对对加速有益的加速有益的转转矩矩下式成立下式成立。得得4.2 选型公式的导入6（ （）由由42YASKAWAQuali
39、tyandBeautyQualityandBeauty制制动时, ,负荷荷转矩有下式的关系成矩有下式的关系成立立。 。 制制动转矩矩（ （T （ （N ）注注 ： ： 这个式子的成立条件个式子的成立条件,电机机产生的生的转矩矩(电流流)饱和并且和并且电机回机回转速度接近速度接近额定速度定速度。 。回回转速度低的速度低的时候的始候的始动时间随着随着应答性是由增益决定的答性是由增益决定的. .得得N NM M始始动时间 t ta a回回转速度速度minmin-1-1 時間時間 角加速度角加速度 （/）N Nt ta a制制动时间t t 4.2 选定公式导入7（ （）由由43YASKAWAQuali
40、tyandBeautyQualityandBeauty4.34.3为选定所定所讨论的的项目目实效效值这个个电流流 称称为 电流流 i i1 1(t (t1 1） ）i i 2 2(t (t 2 2 ) ) i i 3 3 (t (t 3 3) )的的实效效值。 。1 1电阻阻RR 1 1 （ （t t1 1+t+t2 2+t+t3 3+t+t4 4） ） 3 3 4 4t t i i1 1-i -i3 3 电阻阻R R的的电流器如下流器如下图与与电流流流流过时的的发热量相同量相同, ,直流直流电I I与与发热量量Q Q的关系的关系: :Q Q （ ） ） 在伺服器的情况下在伺服器的情况下, ,
41、转转矩与矩与电电流成正比关系流成正比关系, ,转转矩的矩的实实效效值值与与电电流流实实效效值计值计算方法相同算方法相同, ,这这个个值值在在额额定定转转矩以下的矩以下的话话, ,电电机就会机就会产产生生热热量量。44YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty4.4 选定讲习工作台工作台： ： 质量量 （）（） 移移动速度速度 （）（）电机机连轴器以及器以及减速机减速机（ （減速比減速比） ）N M （in- ） ）机械效率机械效率 推力推力 ：（）：（） 摩擦系数摩擦系数滚珠珠丝杠杠： ： 长度度 （）（） 导程程 （）（） 直径直径 （）（） 密度密度 （
42、 （ ） ）根据左根据左图图的机械例的机械例, ,想定具体的想定具体的值值, ,进进行行电电机机选选定的定的讲习讲习。 工作台工作台质质量量 m m ： 5050（kgkg） 工作台移工作台移动动所要求的推力所要求的推力 F F ： 2 2（） 工作台台面的摩擦系数工作台台面的摩擦系数： 0.20.2 机械效率机械效率 ： 0.90.9 工作台移工作台移动动速度速度 ： 1212（m/minm/min） 滚轴丝滚轴丝杠杠导导程程 P PB B： 6 6（mmmm） 滚轴丝滚轴丝杠杠长长度度 L LB B： （m m） 滚轴丝滚轴丝杠直径杠直径 D DB B： 2525（mmmm） 滚轴丝滚轴丝
43、杠材杠材质质密度密度： 7.877.87（） 减速比减速比 /R/R： 1/21/2（滚轴丝滚轴丝杠回杠回转转速度速度电电机回机回转转速度速度） 连轴连轴器以及器以及 L L：0.450.45（kgkg cmcm）减速机减速机惯惯性力矩性力矩 1 1转转所行走的距离所行走的距离 L L：0 0（mmmm） 转转所需要的所需要的时间时间 ： 1.01.0（）（） 位置决定位置决定时间时间 ：0.30.3（）（） 停止停止时间时间 ： 0.70.7（）（）45YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty(a)(a)速度速度线图线图4.4 选定讲习回回转速度速度mi
44、nmin-1-1 始始动时间t ta a时间 制制动时间t t 位置决定位置决定时间t t 0.30.3休止休止时间 t te e0.70.7下一个回下一个回转正常运行速度正常运行速度运行距离运行距离N NM M机械性能如下机械性能如下图图速度曲速度曲线线所示所示。(b)(b)电电机所要的回机所要的回转转速度速度N NM M（minmin-1-1）电电机的回机的回转转速度在速度在4,000min4,000min-1-1、就就应该选择应该选择最高回転最高回転速度速度在在4,000min4,000min-1-1以上以上的机种的机种。这这里里选择选择的是的是系列系列。或者使用超或者使用超过额过额定速
45、度定速度、连续转连续转矩比矩比额额定定转转矩小的矩小的电电机机。根据根据（）式（）式46YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty(c)(c)正常运行正常运行转转矩矩L L（N N m m）利用工作台的利用工作台的电电机机轴换轴换算算负负荷荷转转矩矩L L（）式（）式求得求得。即使是使用即使是使用（）式（）式, ,结结果相同果相同。4.4 选型讲习47YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty（ （d d） ） 电电机机轴换轴换算全算全负负荷荷惯惯性力矩性力矩J JL L（g g m m2 2）（ （d） 工作台的工作台的
46、电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩 J JL1L1工作台的工作台的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩L L（）（）以及以及（）式（）式求得求得。（d d） 滚轴丝滚轴丝杠的杠的电电机机轴换轴换算算惯惯性力矩性力矩 J JL L（ （d）电机机轴换算全算全负荷荷惯性例矩性例矩J JL L（g g m m2 2） ）就此例就此例, ,滚珠珠丝杠的杠的电机机轴换算算惯性力矩性力矩 L L 由由（）、（）式（）、（）式求得求得。 。由此由此值值, ,为为了使了使惯惯性力矩比不超性力矩比不超过过3030倍倍, ,假假设选设选定定为为200W200W。 。4.4 选型讲习48YASKAWAQualit
47、yandBeautyQualityandBeauty（ （e e） ） 始始动时间动时间t ta a（）、）、制制动时间动时间t td d（） （由由图图 t ta a=t=td d）在在0.30.3秒秒进进行行5mm5mm的位置决定的位置决定, ,制制动时间动时间t ta a、正常运作正常运作时间时间t tc c, ,成立以下成立以下式。式。由此二式求得由此二式求得t ta a、。0.2 ta0.054.4 选型讲习49YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty（）（） 始始动转动转矩矩T TPP（N N ） 、制制动转动转矩矩T TS S时间时间t td
48、 d（ N N ）始始动转动转矩矩 T T、制制动转动转矩矩 T T 由由（）式（）式（）式（）式求得求得。4.4 选型讲习50YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty（）（） 实效效转矩矩 T T （ （N N ） ）由由转矩矩线图求得求得实效效转矩矩TrmsTrms, ,如下式如下式。 。这个个值在在选定定电机的机的额定定转矩矩 0.637(N0.637(N ）以下（）以下（负荷率荷率59%59%） ）, ,因此可以使用因此可以使用。 。4.4 选型讲习51YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty4.5 再生讨论
49、1如果可以如果可以选选定定电电机机、适用的伺服器也适用的伺服器也应该选应该选定定、再生再生处处理能力有必要理能力有必要进进行行讨论讨论。电电机被机被负负荷荷转动转动的情况的情况时时被称被称为负负为负负荷或者荷或者垂直垂直负负荷荷。比比如如：如如果果如如右右图图的的计计数数砝砝码码（或或者者平平衡衡负负荷荷），作上下运作上下运动动的机械在下降的机械在下降时时会成会成为为垂直的垂直的负负荷荷。平衡砝平衡砝码（ （计数数砝砝码） ）没没有有的的话、 、下降下降时就成了就成了负负荷荷（ （垂直垂直负荷荷） ）伺服伺服电机机即即使使是是水水平平运运动动的的情情况况，制制动动时时电电机机会会变变成成转转矩
50、矩方方向向和和回回转转方方向向相相反反的的发发电电机机，这这种种状状态态就就成成为为再再生生模式模式。回回转方向方向转矩方向矩方向普通模式普通模式再生模式再生模式52YASKAWAQualityandBeautyQualityandBeauty再生再生电阻阻-+DC电机机4.5 回生検討 2在在伺伺服服器器中中、之之前前所所述述的的发发电电电电力力（再再生生能能量量）可可由由内内置置电电阻阻器器消消耗耗、惯惯性性力力矩矩大大的的时时候候再再生能量也大生能量也大, ,内置内置电电阻会有不足消阻会有不足消费费的情况的情况。如此使用如此使用, ,就会成就会成为烧为烧坏内置坏内置电电阻器的故障原因阻器的故障原因。因此再此有必要因此再此有必要讨论讨论再生能量是否能在内置再生能量是否能在内置电电阻中消耗阻中消耗。作作为电机工作机工作时 电流的方向流的方向作作为发电机工作机工作时 电流的方向流的方向53
