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伺服系统的动力方法设计

信息发布:步进电机供应商-福山自动化科技    添加时间:2018-09-21
伺服系统的动力方法设计-步进电机供应商福山自动化科技FOXON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μ=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=10-500mm/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θ=0.75°,其每转脉冲数S=360°/θ=480。初选脉冲当量δ=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=2
2.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TL3.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,可选择此型号的电机
(二)直流伺服电机选择实例
线位移脉冲当量δ=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μ=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δ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
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