(4.2)--4.2机电一体化与过程控制.ppt

三、负载的力矩特性研究目的：正确选择电动机或其他原动机，使其满足功率要求，工作在合理状态下。研究方法：进行负载载荷折算，将负载载荷折算到电动机或其他原动机侧。负载的力矩特性：负载峰值力矩特性、负载均方根力矩特性。峰值力矩特性对应于电动机最严重的工作状况，也即电动机能承受的瞬时最大负载力矩；均方根力矩特性对应于电动机长期连续地在变载荷下的工作情况。指折算到电动机轴上的负载峰值力矩与总传动比之间的关系。1.负载的峰值力矩特性载峰值力矩：（9）：作用在负载轴上的峰值风力矩；：作用在负载轴上的峰值摩擦力矩；：负载轴的峰值角加速度；：电动机轴上的转动惯量；：传动装置各转动零件折算到电动机轴上的转动惯量；：负载轴上的转动惯量；：传动装置的效率；：从电动机轴到负载轴的总传动比，值为克服峰值力矩时电动机的转速与负载转速之比。各参量的意义：指折算到电动机轴上的负载均方根力矩与总传动比之间的关系。2.负载的均方根力矩特性负载均方根力矩：（10）各参量的意义：作用在负载上的静摩擦力矩；：负载轴上的均方根角加速度；：传动装置各转动零件折算到电动机轴上的转动惯量；：负载轴上的转动惯量；：传动装置的效率；：从电动机轴到负载轴的总传动比，值为克服均方根力矩时电动机的转速与负载转速之比。：电动机轴上的转动惯量；：系数；横坐标轴为系统总传动比，纵坐标轴为负载力矩。从图中可见，折算到电动机轴上的负载均方根力矩和峰值力矩，都存在着一个使折算力矩值最小的总传动比，称之为最佳总传动比。那么，为实现负载功率的最佳传递，如何求取系统的最佳总传动比呢？3.负载力矩特性曲线图2负载力矩特性曲线图使折算力矩值最小的总传动比。4.最佳总传动比分类：“折算峰值力矩最小”的最佳总传动比；“折算均方根力矩最小”的最佳总传动比；“转矩储备最大”的最佳总传动比；“惯量匹配”总传动比。“折算峰值力矩最小”的最佳总传动比（1）最佳总传动比的计算将峰值力矩表达式（9）对总传动比求导并令其等于零，得式（11），即为“折算峰值力矩最小”的最佳总传动比。（11）则，此时的峰值力矩最小值如式（12）所示。（12）*适用于短期工作而峰值要求又较严的驱动系统。“折算均方根力矩最小”的最佳总传动比（13）将均方根力矩表达式（10）对总传动比求导并令其等于零，得式（13），即为“折算峰值力矩最小”的最佳总传动比。*适用于长期连续地在变载荷下工作的驱动系统。“转矩储备最大”的最佳总传动比电动机的转矩储备：电动机发出的转矩和折算峰值力矩之差。当电动机的信号系数为1时，电动机的转矩储备表达式如式（14）所示：（14）将电机转矩储备表达式（14）对总传动比求导并令其等于零，即，可得“转矩储备最大”的最佳总传动比，如式（15）所示：（15）*适用于对转矩储备要求较高或加速度性能要求较高的驱动系统。“惯量匹配”总传动比假定传动装置的效率为1，电动机的阻尼系数为0，并忽略负载轴上的载荷力矩（，）和传动装置的惯量（），则由前面几个最佳总传动比计算式（11），（13），（4-15）得“惯量匹配”总传动比如式（16）所示：（16）*适用于理想状态。（2）总传动比确定总传动比不能超过电动机额定转速与负载峰值转速之比，即。确定总传动比待选区域。总传动比待选区域：机电系统同时满足“峰值工作”要求和“长期连续工作”要求的总传动比区域。*总传动比待选区域确定：电机转矩特性和对应的负载力矩特性相交；峰值情况下，电机输出转矩不能超过电机的过载转矩；电机长期工作情况下，电机输出转矩不能超过额定转矩。例1：给定伺服电动机的转矩特性曲线、折算负载峰值力矩特性曲线和折算负载均方根力矩特性曲线，如图4和图5所示，已知电动机的额定转矩为，电动机的过载系数为，试确定系统的总传动比待选区域。图4转矩特性和峰值力矩特性图5转矩特性和均方根力矩特性解：由图4和5可见，电动机特性曲线与折算负载峰值力矩特性曲线和折算负载均方根力矩特性曲线的交点分别为A、B和a、b，对应的总传动比区域分别为和。电动机的过载转矩为，在图4作水平过载转矩线，交折算负载峰值力矩特性曲线于点C，这时总传动比待选区域为。在图5中作水平额定转矩线，交折算负载均方根力矩特性曲线于点c，这时总传动比待选区域为。和的公共区域即为系统的总传动比待选区域。系统功率传递效率减小；总传动比偏大，会使传递链变长，影响机构紧凑，降低传动精度、降低效率，降低机械谐振频率；减小负载惯量在电动机轴上的折算值，提高系统的响应速度；减小负载力矩折算到电动机轴上的数值，减少系统的力矩误差，但会增大系统的速度误差；有利于系统的低速性能。总传动比偏小，产生的影响与总传动比偏大正相反。总传动比如果偏离最佳值对系统会有什么影响？（1）理解负载力矩（峰值力矩、均方根力矩）的计算方法。（2）理解最佳总传动比的求法及其适用范围。小结