伺服系统课件.ppt

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1、 机机机机 电电电电 一一一一 体体体体 化化化化 技技技技 术术术术伺伺 服服 系系 统统l 伺服系统定义伺服系统定义l 伺服系统组成伺服系统组成l 伺服系统要求及分类伺服系统要求及分类l 开环伺服系统开环伺服系统l 闭环伺服系统闭环伺服系统l 半闭环伺服系统半闭环伺服系统l 全数字式伺服系统全数字式伺服系统l 现场总线现场总线l 伺服系统参数伺服系统参数l 机电匹配机电匹配l 伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术定定定定 义义义义 以以移移动动部部件件的的位位置置和和速速度度作作为为控控制制量量的的自动控

2、制系统。自动控制系统。伺服系统（伺服系统（Feed Servo System）位置指令位置控制调节器速度控制调节器速度检测位置控制速度控制+-电机机械传动机构实际位置反馈实际速度反馈功率驱动位置检测+伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统组成伺服系统组成伺服系统组成伺服系统组成l伺服系统组成伺服系统组成 位位置置检检测测装装置置将将检检测测到到的的移移动动部部件件的的实实际际位位移移量量进进行行位位置置反反馈馈，与与位位置置指指令令信信号号进进行行比比较较，将将两两者者的的差差值值进进行行位位置置调调节节，变变换换成成速速度度控控制制

3、信信号号，控控制制驱驱动动装装置置驱驱动动伺伺服服电电动动机机以以给给定定的的速速度度向向着着消消除除偏偏差差的的方方向向运运动动，直直到到指指令令位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统组成伺服系统组成伺服系统组成伺服系统组成l 基本工作原理基本工作原理伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统要求伺服系统要求伺服系统要求伺服系统要求 1.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）调速范围要宽且要有良

4、好的稳定性（在调速范围内）调速范围：调速范围：RN=Fmax/Fmin 一般要求：一般要求：RN 1000，且且 0.1 mm/min Fmin 1 mm/min 稳定性：稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。2.位位置置精精度度高高 实实际际位位移移与与指指令令位位移移的的差差值值要要小小。位位置置精精度度一一般般为为0.010.001mm，甚至可高至，甚至可高至0.1m。3.稳稳定定性性好好 即即负负载载特特性性要要硬硬，当当负负载载发发生生变变化化或或承承受受外外界界干干扰扰的的情情况况下下，输出速度应

5、基本不变，而且保持平稳均匀。输出速度应基本不变，而且保持平稳均匀。4.动动态态响响应应快快 即即有有高高的的灵灵敏敏度度，达达到到最最大大稳稳态态速速度度的的时时间间要要短短，一一般般要要求求在在200100ms，甚甚至至小小于于几几十十毫毫秒秒。动动态态响响应应的的快快慢慢，反反映映了了系系统统跟跟踪踪精精度度的的高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏。表面质量的好坏。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统分类伺服系统分类伺服系统分类伺服系统分类 伺服系统是一个位置随动系统，按有无

6、位置伺服系统是一个位置随动系统，按有无位置检测和反馈有以下三种：检测和反馈有以下三种：l 开环伺服系统开环伺服系统l 半闭环伺服系统半闭环伺服系统l 闭环伺服系统闭环伺服系统步进电机步进驱动装置控制器脉冲串方向脉冲相电压伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统l 开环伺服系统组成开环伺服系统组成 由由控控制制器器送送出出的的进进给给指指令令脉脉冲冲，经经驱驱动动电电路路控控制制和和功功率率放放大大后后，驱驱动动步步进进电电机机转转动动，通通过过齿齿轮轮副副与与滚滚珠珠丝丝杠杠螺螺母母副副驱驱动动执

7、执行行部部件件，无无需需位位置检测装置置检测装置。系系统统的的位位置置精精度度主主要要取取决决于于步步进进电电机机的的角角位位移移精精度度、齿齿轮轮丝丝杠杠等等传传动元件的导程或节距精度以及系统的摩擦阻尼特性。动元件的导程或节距精度以及系统的摩擦阻尼特性。位位置置精精度度较较低低，其其定定位位精精度度一一般般可可达达0.02mm。如如果果采采取取螺螺距距误误差差补补偿偿和和传传动动间间隙隙补补偿偿等等措措施施，定定位位精精度度可可提提高高到到0.01mm。此此外外，由由于于步步进进电电机机性性能能的的限限制制，开开环环进进给给系系统统的的进进给给速速度度也也受受到到限限制制，在在脉脉冲冲当当量

8、为量为0.01mm时，一般不超过时，一般不超过5m/min。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统l 开环伺服系统特点开环伺服系统特点位置控制调节器速度控制调节器信号处理+实际位置反馈实际速度反馈功率驱动+编码器编码器伺服伺服电机电机位置指令伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统l 半闭环伺服系统组成半闭环伺服系统组成伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化

9、技术机电一体化技术半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统l 半闭环伺服系统特点半闭环伺服系统特点 将将检检测测装装置置装装在在伺伺服服电电机机轴轴或或传传动动装装置置末末端端，间间接接测测量量移移动动部部件件位位移移来来进进行行位位置置反反馈馈的的进进给给系系统统称为称为半闭环伺服系统半闭环伺服系统。在在半半闭闭环环伺伺服服系系统统中中，将将编编码码器器和和伺伺服服电电机机作作为为一一个个整整体体，编编码码器器完完成成角角位位移移检检测测和和速速度度检检测测，用用户户无无需需考考虑虑位位置置检检测测装装置置的的安安装装问问题题。这这种种形形式式的的半半闭闭环环伺伺服服系系统统

10、在在机机电电一一体体化化设设备备上上得得到到广广泛泛的的采用。采用。位置指令位置控制调节器速度控制调节器速度检测+实际位置反馈实际速度反馈功率驱动位置检测+伺服伺服电机电机测速发电机或编码器伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术闭环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统l 闭环伺服系统组成闭环伺服系统组成 将将检检测测装装置置装装在在移移动动部部件件上上，直直接接测测量量移移动动部部件件的的实实际际位位移移来来进进行位置反馈的进给系统称为行位置反馈的进给系统称为闭环伺服系统闭环伺服系统。闭闭环环伺伺服服系系统统可可以以消消除除机机械械传

11、传动动机机构构的的全全部部误误差差，而而半半闭闭环环伺伺服服系系统统只只能能补补偿偿部部分分误误差差，因因此此，半半闭闭环环伺伺服服系系统统的的精精度度比比闭闭环环系系统统的的精度要低一些。精度要低一些。由由于于采采用用了了位位置置检检测测装装置置，所所以以，闭闭环环进进给给系系统统的的位位置置精精度度在在其其他因素确定之后，主要取决于检测装置的分辨率和精度。他因素确定之后，主要取决于检测装置的分辨率和精度。闭闭环环和和半半闭闭环环伺伺服服系系统统因因为为采采用用了了位位置置检检测测装装置置，所所以以在在结结构构上上较较开开环环进进给给系系统统复复杂杂。另另外外，由由于于机机械械传传动动机机构

12、构部部分分或或全全部部包包含含在在系系统统之之内内，机机械械传传动动机机构构的的固固有有频频率率、阻阻尼尼、间间隙隙等等将将成成为为系系统统不不稳稳定定的因素，因此，闭环和半闭环系统的设计和调试都较开环系统困难。的因素，因此，闭环和半闭环系统的设计和调试都较开环系统困难。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术闭环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统l 闭环伺服系统特征闭环伺服系统特征伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统

13、 在在全全数数字字式式伺伺服服系系统统中中，控控制制器器直直接接将将位位置置指指令令以以数数字字信信号号的的形形式式传传送送给给伺伺服服驱驱动动装装置置，伺伺服服驱驱动动装装置置本本身身具具有有位位置置和和速速度度控制功能。控制功能。控制器与伺服驱动装置之间通过总线相互传递如下信息：控制器与伺服驱动装置之间通过总线相互传递如下信息：l 位置指令和实际位置位置指令和实际位置l 速度指令和实际速度速度指令和实际速度l 转矩指令和实际转矩转矩指令和实际转矩l 伺服系统及伺服电机参数伺服系统及伺服电机参数l 伺服状态和报警伺服状态和报警l 全数字式伺服系统全数字式伺服系统 CNC 第第 n 轴伺服单元

14、轴伺服单元 第第 1 轴伺服单元轴伺服单元SMPC总线总线总线总线SMPC 控制器 第第 n 轴伺服单元轴伺服单元 第第 1 轴伺服单元轴伺服单元SMPC总线总线总线总线SMPC伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统l 全数字式伺服系统组成全数字式伺服系统组成伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统l 全数字式伺服系统特点全数字式伺服系统特点1.系统的位置、速度和电流

15、环节的调整由软件实现。系统的位置、速度和电流环节的调整由软件实现。2.具具有有较较高高的的动动、静静态态特特性性。在在检检测测灵灵敏敏度度、温温度度漂漂移移、噪噪声声及及抗抗干干扰扰等等方方面面都都优于模拟式伺服系统。优于模拟式伺服系统。3.引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构。引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构。4.由由于于全全数数字字式式伺伺服服系系统统采采用用总总线线通通信信方方式式，极极大大地地减减小小了了连连接接电电缆缆，便便于于设设备备安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端实时监控伺服状态。安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端实时

16、监控伺服状态。当当前前，全全数数字字式式交交流流伺伺服服系系统统在在机机电电一一体体化化设设备备驱驱动动中中得得到到了了广广泛泛应应用用。全全数数字字式式交交流流伺伺服服可可作作速速度度、转转矩矩和和位位置置控控制制，接接受受指指令令脉脉冲冲或或模模拟拟电电压压指指令令信信号号，并并自自带带位位置置环环，具具有有丰丰富富的的自自诊诊断断、报报警警功功能能。各各控控制制参参数数通通过过以以下下方方法法用用数字方式设定：数字方式设定：l 通过驱动装置上的显示器和按键进行设定通过驱动装置上的显示器和按键进行设定l 通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设定通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设

17、定l 通过可分离式编程器和驱动装置上的接口进行设定通过可分离式编程器和驱动装置上的接口进行设定伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统控制器控制器总线总线驱动装置驱动装置显示设定窗口显示设定窗口编码器信号线编码器信号线三相电三相电源进线源进线伺服电机伺服电机三相电源三相电源伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线l PRO

18、FIBUS现场总线现场总线 PROFIBUS（Process Fildbus的的缩缩写写）是是一一种种国国际际性性的的、开开放放式式的的现现场场总总线线标标准准。目目前前世世界界上上许许多多自自动动化化技技术术生生产产厂厂家家都都为为他他们们生生产产的的设设备备提提供供PROFIBUS接接口口。PROFIBUS可可使使分分散散式式数数字字控控制制器器从从现现场场底底层层到到车车间间级级网网络络化化，整整个个网网络络系系统统分分为为主主站站和和从从站站。主主站站组组成成令令牌牌环环网网，发发送送权权以以令令牌牌形形式式在在主主站站之之间间循循环环，得得到到令令牌牌的的主主站站再再将将令令牌牌沿沿

19、环环传传递递给给下下一一个个主主站站，在在这这一一确确定定的的时时间间内内，可可以以任任意意发发送送或或接接受受其其他他总总线线设设备备的的信信息息。主主站站决决定定总总线线的的数数据据通通信信，当当主主站站得得到到总总线线控控制制权权时时，没没有有外外界界请请求求也也可可以以主主动动发发送送信信息息；从从站站为为外外围围设设备备，包包括括输输入入输输出出装装置置、驱驱动动装装置置和和测测量量变变送送器器等等，从从站站没没有有总总线线控控制制权权。仅对接受到的信息给予确认，或当主站发出请求时向主站发送信息。仅对接受到的信息给予确认，或当主站发出请求时向主站发送信息。伺服系统伺服系统伺服系统伺服

20、系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线主站主站主站主站主站主站从站从站从站从站从站从站控制器控制器计算机计算机1计算机计算机2PLC变频器变频器伺服驱动伺服驱动伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术 SERCOS是是串串行行实实时时通通信信协协议议（Serial Real Time Communication Specification）。SERCOS采用光纤传输数据，适用于分布式多轴运动的数字控制。采用光纤

21、传输数据，适用于分布式多轴运动的数字控制。全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线全数字式伺服系统中的现场总线SERCOS接口接口控控制制器器伺伺服服驱驱动动SERCOS接口接口SMPCMSTMSTMDTAT1AT2ATn主站同步数据主站同步数据指令数据指令数据伺服数据伺服数据指令周期指令周期伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数l 增益调整增益调整 增增益益是是伺伺服服系系统统的的重重要要指指标标之之一一，它它对对稳稳态态精精度度和和动动态态性性能能

22、都都有有很很大大的的影影响响，增增益益大大，则则系系统统响响应应快快，稳稳态态误误差差小小。但但并并非非系系统统的的增增益益越越高高越越好好，当当速速度度突突变变时时，高高增增益益可可能能导导致致输输出出变变化化剧剧烈烈，机机械械装装置置要要受受到较大的冲击，影响系统的稳定性。到较大的冲击，影响系统的稳定性。l 加减速时间设定加减速时间设定 加加减减速速用用加加减减速速时时间间的的长长短短来来设设定定，加加减减速速时时间间越越短短，速速度度变变化化大大，系系统统易易引引起起振振荡荡；反反之之，系系统统的的响响应应性性变变慢慢。加加减减速速有有线线性性加加减减速速和和指指数数加加减减速速。在在线

23、线性性加加减减速速中中，加加速速度度有有突突变变，应应根根据据负负载载惯惯量量核核算算最最大大可可达达到到的的加加速速度度，从从而而确确定定加加速速到到最最大大速速度度所所需需要要的的时时间间；在在指指数数加加减减速速中中，加加速速度度变变化化无无突突变变，速速度度变变化化平平稳稳，必必须须设设定定加加减减速速总总时时间间和和加加减速升降速时间。减速升降速时间。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数taavtOv、aavtv、aOtat1t2线性加减速线性加减速指数加减速指数加减速伺服系统伺服系

24、统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数l 阻尼阻尼l 刚度刚度 运运动动中中的的机机械械部部件件易易产产生生振振动动，其其振振幅幅取取决决于于系系统统的的阻阻尼尼和和固固有有频频率率，系系统统的的阻阻尼尼越越大大，振振幅幅越越小小，且且衰衰减减越越快快。运运动动副副（特特别别是是导导轨轨）的的摩摩擦擦阻阻尼尼占占主主导导地地位位，实实际际应应用用中中一一般般将将摩摩擦擦阻阻尼尼简简化化为为粘粘性性摩摩擦擦阻阻尼尼。系系统统的的粘粘性性摩摩擦擦阻阻尼尼越越大大，系系统统的的稳稳态态误误差差越越大大，精精度度越越

25、低低。对对于于质质量量大大、刚刚度度低低的的机械系统，为了减小振幅，加速衰减。可增大粘性摩擦阻尼。机械系统，为了减小振幅，加速衰减。可增大粘性摩擦阻尼。刚刚度度为为使使弹弹性性体体产产生生单单位位变变形形量量所所需需的的作作用用力力。对对闭闭环环伺伺服服系系统统而而言言，刚刚度度越越大大，稳稳定定性性越越好好。广广义义讲讲，传传动动机机构构的的间间隙隙也也是是影影响响刚刚度度大大小小的的重重要要因因数数。间间隙隙的的主主要要形形式式有有齿齿轮轮传传动动的的齿齿侧侧间间隙隙、丝丝杠杠螺螺母母的的传传动动间间隙隙、丝丝杠杠轴轴承承的的轴轴向向间间隙隙以以及及联联轴轴器器的的扭扭转转间间隙隙等等，必

26、必须须采采取取消消隙隙措措施施，以以提提高高传传动动刚度。刚度。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数伺服系统参数l 谐振谐振 对于质量为对于质量为m、抗压刚度系数为、抗压刚度系数为k的单自由度直线运动系统，的单自由度直线运动系统，其固有频率其固有频率为为 对于转动惯量为对于转动惯量为J、扭转刚度系数为、扭转刚度系数为k的单自由度旋转运动系统，的单自由度旋转运动系统，其固有频率其固有频率为为 当当外外界界的的激激振振频频率率接接近近或或等等于于系系统统的的固固有有频频率率时时，系系统统将将产产生生谐谐振振而

27、而不不能能正正常常工工作作。机机械械部部件件的的谐谐振振频频率率必必须须大大于于电电气气驱驱动动部件的谐振频率。部件的谐振频率。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电匹配机电匹配机电匹配机电匹配 电电动动机机的的输输出出功功率率在在产产品品样样本本或或铭铭牌牌上上都都有有明明确确表表示示。在在一一般般情情况况下下，设设计计者者在在选选用用电电动动机机时时，只只要要从从电电动动机机的的输输出出功功率率、转转速速、保保护护方方式式三三方方面面考考虑虑选选择择电电动动机机就就可可以以了了。但但在在伺伺服服驱驱动动中中，还还必必须须考考虑虑伺伺服

28、服驱驱动动机机械械负负载载特特性性。在在伺伺服服驱驱动动中中，它它所所带带的的负负载载大大多多为为恒恒转转矩矩负负载载，在在转转速速改改变变时时，其其负负载载转转矩矩基基本本不不变变。这这就就是是说说，在在使使用用中中只只要要转转矩矩为为额额定定值值，即即使使转转速速不不同同，温温升升变变化化也也不不大大，说说明明电电动动机机处处于于额额定定运运行行，这这时时的的输输出出功功率率即即为为额额定定功功率率。即即伺伺服服电电动动机机在在出出厂厂时时给给出出额额定定转转矩矩后后，其其额额定定功功率率都都是是由由用用户户决决定定的的，这这一点与选用普通的电动机是由很大区别的。一点与选用普通的电动机是由

29、很大区别的。伺伺服服电电动动机机很很少少工工作作在在恒恒速速运运行行状状态态，而而多多数数是是工工作作在在频频繁繁的的起起动动-停停止止状状态态，在在加加速速和和减减速速时时必必须须输输出出35倍倍的的额额定定转转矩矩，电电流流也也成成比比例例地地上上升升，电动机的发热近似与电流平方成比例。电动机的发热近似与电流平方成比例。在在样样本本或或铭铭牌牌上上给给出出的的输输出出功功率率是是指指电电动动机机在在额额定定转转速速下下连连续续运运行行时时，温温升升不不超超过过规规定定时时的的输输出出功功率率。这这一一功功率率是是按按可可以以稳稳定定运运行行的的最最大大转转速速和和额额定定转转矩矩计计算算出

30、出来来的的。在在选选择择伺伺服服电电动动机机时时，不不能能单单纯纯从从电电动动机机负负载载所所需需的的功功率率出出发发，还还必必须须充充分分考考虑虑负负载载机机械械所所要要求求的的运运动动模模式式和和转转矩矩模模式式，用用不不同同的的控制方式可以实现不同的运动模式控制方式可以实现不同的运动模式 计计算算机机械械系系统统的的等等效效惯惯量量。从从伺伺服服电电动动机机的的运运动动模模式式和和转转矩矩模模式式来来看看，在在大大多多数数情情况况下下是是处处于于过过渡渡过过程程状状态态之之中中，除除了了要要考考虑虑增增大大电电流流和和功功率率之之外外，还还必必须须充充分分考考虑虑过过渡渡过过程程的的快快

31、速速性性问问题题。应应该该考考虑虑计计算算负负载载的的转转动动惯惯量量及及电电动动机机转转子子的的转转动动惯惯量量大大小小问问题题。从从转转子子惯惯量量大大小小来来看看，伺伺服服电电动动机机一一般般可可分分为为超超低低惯惯量量、低低惯惯量量、中中惯惯量量等等几几个个档档次次。在在负负载载机机械械起起、制制动动频频繁繁的的场场合合，可可选选惯惯量量小小一一些些的的伺伺服服电电动动机机，在在要要求求低低速速运运行行平平稳稳而而又又不不频频繁繁起起、制制动动时时，则则宜宜选选择择惯惯量量值值较较大大的的伺伺服服电电动动机机。另另外外，折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的负负载载等等效效惯惯量量通通常

32、常要要限限制制在在2.5倍倍的的电电动动机机惯惯量量之之内内，使使之之既既保保证证过过渡渡过过程程的的快快速速性性，又又不不产产生生显显著著的的振振荡荡，保保持持平平稳稳，这这也也是是在在选选择择电电动动机机时时要要考考虑虑的的一一个个因因素素。说明书中有选择惯量的推荐值。说明书中有选择惯量的推荐值。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电匹配机电匹配机电匹配机电匹配T1T2T3vv、TtO起动起动 t1运动运动 t2制动制动 t3停止停止 t4T4=0伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技

33、术伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式T1T2T3v1v、TtO起动起动 t1快进快进 t2工进工进t4停止停止 t6减速减速t3制动制动 t5T 4T 5v2T6=0伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式T1T2v、TtO起动起动 t1制动制动 t2停止停止 t3T3=0伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式有效负载转矩有效负载转矩伺服

34、系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式伺服电机运行模式m=500kg（工作台、工件）（工作台、工件）fd=0.065ts=8mm、Js=100kgcm2工作台工作台工件工件fs=0.3i=0.86Jz1=20kgcm2Jz2=30kgcm2传动效率传动效率=0.9 t2=4sT1T2T3vv、TtO t1=0.5sT4=0 t3=0.5s t4=1s伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电匹配实例机电匹配实例机电匹配实例机电匹配实例1.额定转矩计

35、算额定转矩计算1）工作台运动所需的转矩）工作台运动所需的转矩Tp=67.5Ncm2）丝杠预紧后的附加转矩）丝杠预紧后的附加转矩Ts=4.1Ncm 总负载转矩总负载转矩 TL=Tp+Ts=71.6Ncm2.惯量计算惯量计算1）运动部件折算到电机轴上的等效惯）运动部件折算到电机轴上的等效惯 量量JpD=23.6kgcm22）丝杠和齿轮折算到电机轴上的等效）丝杠和齿轮折算到电机轴上的等效惯量惯量JsD=96.1kgcm 电机轴上总等效惯量电机轴上总等效惯量 JD=JpD+JsD+Jz2=139.7kgcm23.电机选择电机选择1）电机转子惯量）电机转子惯量JM=356.7kgcm2JM/JD=356

36、.7/139.7=2.552.5 （符合要求）符合要求）2）负载和电机总惯量负载和电机总惯量 J=JD+JM=496.4kgcm2 3）电机额定输出转矩）电机额定输出转矩TN=3Nm 4）电机转速）电机转速nN=750r/min伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电匹配实例机电匹配实例机电匹配实例机电匹配实例4.加减速转矩计算加减速转矩计算1）加速转矩）加速转矩T1=292.2Ncm2）匀速转矩）匀速转矩T2=71.6Ncm3）减速转矩）减速转矩T3=292.2Ncm5.有效负载转矩有效负载转矩6.结论结论因为因为 TNTe所以所以 电机

37、选择符合要求电机选择符合要求伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电匹配实例机电匹配实例机电匹配实例机电匹配实例Ncm=2.6Nm伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍SANYO BL Super P series AC SERVO SYSTEMl 系统组成及连接系统组成及连接伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍SANYO BL Super P series A

38、C SERVO SYSTEMl 伺服系统组成伺服系统组成Pulsetrain typeElectronic gearPositionloop gainAcceleration/deceleration time Speed loopproportionalgain integraltime constant Currentcommandnotch filter Currentcommandloop pass filterCurrentSMPC Frequencyquadruplier Feed forward gainFeed forward commandLow pass filter Ou

39、tput pulsefrequency divisionAB Command pulse伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍SANYO BL Super P series AC SERVO SYSTEMl 用户参数设定用户参数设定伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍PMAC运动控制器运动控制器 PMAC运运动动控控制制器器是是美美国国Delta Tau数数字字系系统统公公司司的的产产品品。借借助助于于Motoro

40、la的的DSP 56系系列列数数字字信信号号处处理理器器，PMAC运运动动控控制制器器可可以以同同时时操操纵纵18根根轴轴。由由于于每每一一根根轴轴都都是是完完全全独独立立的的，一一个个PMAC运运动动控控制制器器可可以以操操纵纵8台台不不同同机机器器的的8根根单单轴轴，或或者者同一台机器的同一台机器的8根轴，或者两者之间的任意组合。根轴，或者两者之间的任意组合。总总线线：PC、VME、STD32、PCI、PC104电电机机类类型型：直直流流伺伺服服电电动动机机、交交 流流 伺伺 服服 电电 动动 机机（BLDCM、PMSM）、步步进电机进电机反反馈馈：增增量量式式编编码码器器、绝绝对对式式编

41、编码码器器、旋旋转转变变压压器器、直直线线电电压压位位移移传传感感器器或或电电位位计计、激激光光干干涉涉仪仪、磁磁致致伸缩位移传感器伸缩位移传感器控控 制制 码码：PMAC（类类BASIC ASIC命命令令）、G代码代码l 简简 介介伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍l 伺服组成框图伺服组成框图 速速度度和和加加速速度度前前馈馈可可以以减减小小伺伺服服系系统统的的轨轨迹迹误误差差。速速度度前前馈馈的的作作用用是是减减少少微微分分增增益益或或测测速速环环路路阻阻尼尼所所引引起起的的跟跟踪踪误误差差；惯惯

42、性性所所带带来来的的跟跟踪踪误误差差与与加加速速度度成成正正比比，因因此此可可以以由由加加速速度度前前馈馈来来补补偿偿。数数字字阶阶式式滤滤波波器器可可以以解解决机械谐振的问题。决机械谐振的问题。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍l 从动控制从动控制 在在车车床床上上加加工工多多线线螺螺纹纹，PMAC将将Z轴轴从从动动于于主主轴轴编编码码器器，使使刀刀具具速速度度跟跟踪踪主主轴轴速速度度，从从而而得得到到恒恒定定的的螺螺距距，这这可可以以在在时时基基模模式式下下完完成成。为为主主轴轴定定义义一一个个“

43、实实时时”速速度度，并并以以此此设设置置时时基基常常数数。在在主主轴轴运运行行于于实实时时速速度度的的前前提提下下为为从从动动轴轴编编写写程程序序，时时基基控控制制将将会会自自动动补补偿偿主主轴轴速速度的变化。度的变化。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍l 从动控制从动控制*Set-up and Definitions*&1 ;Define axes in Coordinate System 1#110000X ;Motor 1 is X at 10000 cts/in(radial)#210000Z

44、 ;Motor 2 is Z at 10000 cts/in(radial)spindle encoder has 1024 lines/rev or 4096 cts/rev,At real-timesspeed of 3000 rpm(50 rps),encoder frequency is 204.8 cts/msecBy formula,the time-base constant is 131,072/204.8=640.WY:1833,640 ;Set time-base constant(at address 1833)193=1833 ;Tell Coordinate Syst

45、em 1 to use this ;Address as the time-base source伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍 加工一个加工一个5螺距（每英寸螺距（每英寸5线）螺杆。设主轴转速为线）螺杆。设主轴转速为3000r/min，则切削速度，则切削速度为为10in/s。为了使刀具与每道螺纹配准（。为了使刀具与每道螺纹配准（20ms/r），每个循环的程序时间必须精），每个循环的程序时间必须精确地为确地为20ms的倍数。的倍数。*Motion Program Text*OPEN PROG 77

46、 CLEAR ;Prepare buffer 77 for entryP100=3.00 ;X(radial)dimension of outside of storkP101=P100 ;Starting location of cutRAPID X(P1000.1)Z2 ;Move quickly to starting positionWHILE(P1013.10)；Loop until 0.1 inches deep P101=P101+0.01 ;Increase depth 0.01 inches deep TM100 ;100msec“plunge”time X(P101);Ra

47、dial axis into siock(“Plunge”)TM(24*1000/10);24 inches at 10 in/sec(in msec)伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍 Z26 ;Mark threading pass for 24 inches(26-2)TM60 ;60 msec retract time X(P1000.1);Retract to just outside of stock TM(24*1000/30);24 inches at 30 in/sec(in mse

48、c)Z2 ;Reverse move for nest pass ;Total time for moves in loop is ;100+2400+60+800=3360 msec，which is an ;exact multiple of 20 msec，or 1 spindle revENDWHILE ;End of loopRAPID X0 Z0 ;Return to home positionCLOSE伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍l 运动中的位置匹配运动中的位置匹配 在在一一个个传

49、传送送带带上上以以不不均均匀匀间间隔隔传传送送物物品品，而而在在另另一一个个传传送送带带上上将将它它们们用用等等间间隔隔的的挡挡板板隔隔开开。利利用用PMAC中中的的位位置置捕捕捉捉寄寄存存器器，一一旦旦接接收收到到外外部部的的触发信号，精确的位置就被保存起来，在时基模式下运行以便速度匹配。触发信号，精确的位置就被保存起来，在时基模式下运行以便速度匹配。伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术机电一体化技术实实实实 例例例例 介介介介 绍绍绍绍*Set-up and Definitions*CLOSE&11X ;Motor 1 is the X-sxis s

50、caled in countsM11Y：$FFC2.0,1 ;M11 is Machine Input 1M203X：$C007,0,24S ;Encoder 2 captured-position registerM217X：$C004,17,1 ;Encoder 2 position-capture flag1907=2 ;Capture ENC2 on rising edge of flag1908=0 ;Use HMFL2 to capture ENC2P1=5000 ;5000 counts of ENC2 per lugP2=1325 ;cycle when captured伺服系