第5章-伺服驱动技术课件

机机电电一一体体化化第五章伺服系统第五章第五章 伺服系统伺服系统5.1 概述概述5.2 伺服系统的执行元件及控制伺服系统的执行元件及控制5.3 伺服系统设计伺服系统设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统5.1 概述概述一、伺服系统概念一、伺服系统概念二、伺服系统的类型二、伺服系统的类型三、伺服系统的基本要求三、伺服系统的基本要求机机电电一一体体化化第五章伺服系统伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械的位置或运动，它的根本任务是实现量通常是机械的位置或运动，它的根本任务是实现量通常是机械的位置或运动，它的根本任务是实现量通常是机械的位置或运动，它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。信号的变化规律。信号的变化规律。信号的变化规律。一、伺服系统概念一、伺服系统概念机机电电一一体体化化第五章伺服系统从系统组成元件的性质来看，有从系统组成元件的性质来看，有从系统组成元件的性质来看，有从系统组成元件的性质来看，有电气伺服系统电气伺服系统电气伺服系统电气伺服系统、液压伺服系统液压伺服系统液压伺服系统液压伺服系统和和和和电气电气电气电气液压伺服系统液压伺服系统液压伺服系统液压伺服系统、电气电气电气电气气动气动气动气动伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统等；等；等；等；从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等；度伺服系统和位置伺服系统等；度伺服系统和位置伺服系统等；度伺服系统和位置伺服系统等；从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。二、伺服系统类型二、伺服系统类型机机电电一一体体化化第五章伺服系统例：数控机床伺服系统例：数控机床伺服系统例：数控机床伺服系统例：数控机床伺服系统，由图可以看出，它与一般的反馈控制系统一样，由图可以看出，它与一般的反馈控制系统一样，由图可以看出，它与一般的反馈控制系统一样，由图可以看出，它与一般的反馈控制系统一样，也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。成。成。成。二、伺服系统类型二、伺服系统类型机机电电一一体体化化第五章伺服系统对伺服系统的基本要求有对伺服系统的基本要求有对伺服系统的基本要求有对伺服系统的基本要求有稳定性稳定性稳定性稳定性、精度精度精度精度和和和和快速快速快速快速响应性响应性响应性响应性。稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新稳定运行状态的能力。信号作用下，系统能够达到新稳定运行状态的能力。信号作用下，系统能够达到新稳定运行状态的能力。信号作用下，系统能够达到新稳定运行状态的能力。精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。指其输出量复现输入指令信号的精确程度。指其输出量复现输入指令信号的精确程度。指其输出量复现输入指令信号的精确程度。快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动态重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动态重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动态重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。三、伺服系统的基本要求三、伺服系统的基本要求机机电电一一体体化化第五章伺服系统5.2 伺服系统的执行元件及控制伺服系统的执行元件及控制一、执行元件类型及特点一、执行元件类型及特点二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制三、步进电机及其控制三、步进电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统 1.1.电气执行元件电气执行元件电气执行元件电气执行元件 电气执行元件包括直流电气执行元件包括直流电气执行元件包括直流电气执行元件包括直流(DC)(DC)伺服电机、交流（伺服电机、交流（伺服电机、交流（伺服电机、交流（ACAC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合于频繁使用，便于维修等性能好，适合于频繁使用，便于维修等性能好，适合于频繁使用，便于维修等性能好，适合于频繁使用，便于维修等 2 2液压式执行元件液压式执行元件液压式执行元件液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3 3气压式执行元件气压式执行元件气压式执行元件气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。一、执行元件类型及特点一、执行元件类型及特点机机电电一一体体化化第五章伺服系统 在自动控制系统中，伺服电动机将电压信号转在自动控制系统中，伺服电动机将电压信号转在自动控制系统中，伺服电动机将电压信号转在自动控制系统中，伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动被控对象，当信号电压的大换为转矩和转速以驱动被控对象，当信号电压的大换为转矩和转速以驱动被控对象，当信号电压的大换为转矩和转速以驱动被控对象，当信号电压的大小和极性小和极性小和极性小和极性(或相位或相位或相位或相位)发生变化时，电动机的转速和转发生变化时，电动机的转速和转发生变化时，电动机的转速和转发生变化时，电动机的转速和转向将快速、准确地跟着变化。目前常用的伺服电动向将快速、准确地跟着变化。目前常用的伺服电动向将快速、准确地跟着变化。目前常用的伺服电动向将快速、准确地跟着变化。目前常用的伺服电动机有直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。机有直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。机有直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。机有直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统机机电电一一体体化化第五章伺服系统1 1 直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机(1)(1)调速方式调速方式调速方式调速方式直流伺服电机的机械特性方程为：直流伺服电机的机械特性方程为：直流伺服电机的机械特性方程为：直流伺服电机的机械特性方程为：式中，式中，式中，式中，一电枢控制电压；一电枢控制电压；一电枢控制电压；一电枢控制电压；一电枢回路电阻；一电枢回路电阻；一电枢回路电阻；一电枢回路电阻；每极磁通；每极磁通；每极磁通；每极磁通；、分别为电动机的结构常数。分别为电动机的结构常数。分别为电动机的结构常数。分别为电动机的结构常数。二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统由上式知，直流伺服电机的控制方式如下：由上式知，直流伺服电机的控制方式如下：由上式知，直流伺服电机的控制方式如下：由上式知，直流伺服电机的控制方式如下：二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制（2 2）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）（1 1）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）常用的是前面常用的是前面常用的是前面常用的是前面2 2种调速方式。种调速方式。种调速方式。种调速方式。（3 3）改变电枢回路电阻调速）改变电枢回路电阻调速）改变电枢回路电阻调速）改变电枢回路电阻调速机机电电一一体体化化第五章伺服系统(2)(2)直流电机的功率驱动直流电机的功率驱动直流电机的功率驱动直流电机的功率驱动 直流电机的调速电路目前以脉冲宽度调制直流电机的调速电路目前以脉冲宽度调制直流电机的调速电路目前以脉冲宽度调制直流电机的调速电路目前以脉冲宽度调制(PWM)(PWM)电路应用最为广泛。电路应用最为广泛。电路应用最为广泛。电路应用最为广泛。二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统桥式桥式桥式桥式(H(H形形形形)PWM)PWM变换器主电路变换器主电路变换器主电路变换器主电路机机电电一一体体化化第五章伺服系统机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制作用在电机两端的平作用在电机两端的平作用在电机两端的平作用在电机两端的平均电压为：均电压为：均电压为：均电压为：机机电电一一体体化化第五章伺服系统(3)(3)直流伺服系统模型直流伺服系统模型二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制1)1)校正环节校正环节校正环节校正环节：一般速度环调节器为比例环节一般速度环调节器为比例环节一般速度环调节器为比例环节一般速度环调节器为比例环节 GG1(S)1(S)=KKp p 位置环为位置环为位置环为位置环为PIPI调节调节调节调节2)2)检测环节检测环节检测环节检测环节：速度检测：速度检测：速度检测：速度检测：位置检测：位置检测：位置检测：位置检测：3)3)整流装置整流装置整流装置整流装置（惯性环节（惯性环节（惯性环节（惯性环节）各种整流装置的时间常数见下表各种整流装置的时间常数见下表各种整流装置的时间常数见下表各种整流装置的时间常数见下表机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制5)5)直流电机直流电机直流电机直流电机直流电机原理直流电机原理直流电机原理直流电机原理见右图见右图见右图见右图机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制 设输入信号为设输入信号为Ud,输出为电机转角输出为电机转角,则其则其传递函数：传递函数：拉式变换，消去拉式变换，消去id（s）后可得电机的传递函后可得电机的传递函数数G6(S)机机电电一一体体化化第五章伺服系统式式式式中：中：中：中：电磁时间常数和机电时间常数电磁时间常数和机电时间常数电磁时间常数和机电时间常数电磁时间常数和机电时间常数电枢绕组的电感和电阻电枢绕组的电感和电阻电枢绕组的电感和电阻电枢绕组的电感和电阻反电动势常数和力矩常数反电动势常数和力矩常数反电动势常数和力矩常数反电动势常数和力矩常数阻尼和电机轴转动惯量阻尼和电机轴转动惯量阻尼和电机轴转动惯量阻尼和电机轴转动惯量画出系统的传递函数框图，可得到系统的开环传递画出系统的传递函数框图，可得到系统的开环传递画出系统的传递函数框图，可得到系统的开环传递画出系统的传递函数框图，可得到系统的开环传递函数。函数。函数。函数。机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统2.2.交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统1、基本结构、基本结构空心杯形转子交流空心杯形转子交流伺服电动机的结构伺服电动机的结构示意图示意图转子转子 内定子内定子 外定子外定子 绕组绕组 转轴转轴 二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统2.2.交流伺服电动机的接线图交流伺服电动机的接线图二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统当两相绕组分别加上相位相差当两相绕组分别加上相位相差 90o 的额定电压时：的额定电压时：对称两相运行对称两相运行 ic 和和 if 产生产生 圆形旋转磁场圆形旋转磁场产生产生 T 转子旋转。转子旋转。如果如果 uc 反相，即改变反相，即改变 ic 和和 if 的相序的相序旋转磁场改变方向旋转磁场改变方向 n 的方向改变。的方向改变。同时减小同时减小 uc 和和 uf 而保持其而保持其 90o 的相位差的相位差圆形磁通势圆形磁通势 的幅值的幅值 T n 。SM 控制绕组控制绕组 励磁绕组励磁绕组 Uc Uf cfIcIf3.3.交流伺服电动机的交流伺服电动机的原理原理原理原理:二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统励磁绕组励磁绕组励磁绕组励磁绕组WWf f接到电压为的交流电网上，控制绕组接接到电压为的交流电网上，控制绕组接接到电压为的交流电网上，控制绕组接接到电压为的交流电网上，控制绕组接到控制电压上，当有控制信号输入时，两相绕组便到控制电压上，当有控制信号输入时，两相绕组便到控制电压上，当有控制信号输入时，两相绕组便到控制电压上，当有控制信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来，其旋转速度为转动起来，其旋转速度为转动起来，其旋转速度为转动起来，其旋转速度为式中，式中，式中，式中，f f为交流电源频率为交流电源频率为交流电源频率为交流电源频率(Hz)(Hz)；p p为磁极对数；为磁极对数；为磁极对数；为磁极对数；n n0 0为为为为电动机旋转磁场转速电动机旋转磁场转速电动机旋转磁场转速电动机旋转磁场转速(r/min)(r/min)；s s为转差率为转差率为转差率为转差率 。二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统4.4.交流伺服电动机的控制交流伺服电动机的控制:二、伺服电机及其控制二、伺服电机及其控制幅值控制原理图幅值控制原理图 不同控制电压下的不同控制电压下的 机械特性曲线机械特性曲线 由右图可知，在一定负载转矩下，控制电压越高，转差由右图可知，在一定负载转矩下，控制电压越高，转差率越小，电动机的转速就越高，不同的控制电压对应着不同率越小，电动机的转速就越高，不同的控制电压对应着不同的转速。这种维持与相位差为的转速。这种维持与相位差为90，利用改变控制电压幅值，利用改变控制电压幅值大小来改变转速的方法，称为幅值控制方法。大小来改变转速的方法，称为幅值控制方法。机机电电一一体体化化第五章伺服系统三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统1、功能、用途和分类 功能功能 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。将电脉冲信号转换成转角或转速信号。转角转角 脉冲信号的个数；脉冲信号的个数；转速转速 n 脉冲信号的频率。脉冲信号的频率。用途用途 高精度的角度控制。高精度的角度控制。分类分类 按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按转子材料不同：永磁式、磁阻式（反应式）按转子材料不同：永磁式、磁阻式（反应式）和混合式。和混合式。三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统2、基本结构14 23(1)定子定子(2)转子转子U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步进三相磁阻式步进电动机原理图电动机原理图三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统 步进电动机的典型结构步进电动机的典型结构 U2U1W2W1V1V2三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统 一拍一拍 从一次通电到另一次通电。从一次通电到另一次通电。步距角步距角 每一拍转子转过的角度。每一拍转子转过的角度。(1)m 相单相单 m 拍运行（三相单三拍运行）拍运行（三相单三拍运行）(2)m 相双相双 m 拍运行（三相双三拍运行）拍运行（三相双三拍运行）(3)m 相单双相单双 2m 拍运行（三相单双六拍运行）拍运行（三相单双六拍运行）3、工作原理：三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W1 U 相通电相通电 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通电相通电 U1U2V1V2W2W1 W 相通电相通电 14 2314 23一步一步两步两步三步三步 步距角：步距角：=30(1)m 相单相单 m 拍运行（三相单三拍运行）拍运行（三相单三拍运行）通电顺序：通电顺序：U 相相V 相相W 相相U 相。相。机机电电一一体体化化第五章伺服系统(2)m 相双相双 m 拍运行（三相双三拍运行）拍运行（三相双三拍运行）通电顺序：通电顺序：UV 相相VW 相相WU 相相。14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通电相通电 14 23 步距角：步距角：=3014 2314 23三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统(3)m 相单双相单双 2m 拍运行拍运行(三相单双六拍运行）三相单双六拍运行）通电顺序：通电顺序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：步距角：=15 三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统 步距角步距角=360z Nz：转子齿数转子齿数N：拍数：拍数 转速转速 一个一个 转转(1/zN)圈，圈，脉冲频率为脉冲频率为 f 每秒转每秒转(f /zN)圈。圈。n=60 fz N例如：例如：三相步进电动机三相步进电动机 z=40，则则采用单采用单/双三拍双三拍时：时：采用三相六拍采用三相六拍时：时：=360z N 360403=3=360z N 360406=1.5三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统 步进电动机的参数步进电动机的参数 脉冲脉冲放大器放大器步进步进电动机电动机脉冲脉冲分配器分配器脉冲输入脉冲输入负载负载驱动电源驱动电源 最大静转矩、起动频率、运行频率。最大静转矩、起动频率、运行频率。步进电动机的控制方式步进电动机的控制方式 三、步进电动机及其控制三、步进电动机及其控制机机电电一一体体化化第五章伺服系统5.3 伺服系统设计伺服系统设计一、一、方案设方案设计计二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计三、伺服系统动态设计三、伺服系统动态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统在进行系统方案设计时，需要考虑以下方面的问题：在进行系统方案设计时，需要考虑以下方面的问题：在进行系统方案设计时，需要考虑以下方面的问题：在进行系统方案设计时，需要考虑以下方面的问题：1 1系统闭环与否的确定系统闭环与否的确定系统闭环与否的确定系统闭环与否的确定 当系统负载不大，精度要求不高时，可考虑开当系统负载不大，精度要求不高时，可考虑开当系统负载不大，精度要求不高时，可考虑开当系统负载不大，精度要求不高时，可考虑开环控制；反之，当系统精度要求较高或负载较大时，环控制；反之，当系统精度要求较高或负载较大时，环控制；反之，当系统精度要求较高或负载较大时，环控制；反之，当系统精度要求较高或负载较大时，开环系统往往满足不了要求，这时要采用闭环或半开环系统往往满足不了要求，这时要采用闭环或半开环系统往往满足不了要求，这时要采用闭环或半开环系统往往满足不了要求，这时要采用闭环或半闭环控制系统。一般情况下，开环系统的稳定性不闭环控制系统。一般情况下，开环系统的稳定性不闭环控制系统。一般情况下，开环系统的稳定性不闭环控制系统。一般情况下，开环系统的稳定性不会有问题，设计时仅考虑满足精度方面的要求即可，会有问题，设计时仅考虑满足精度方面的要求即可，会有问题，设计时仅考虑满足精度方面的要求即可，会有问题，设计时仅考虑满足精度方面的要求即可，并通过合理的结构参数匹配，使系统具有尽可能好并通过合理的结构参数匹配，使系统具有尽可能好并通过合理的结构参数匹配，使系统具有尽可能好并通过合理的结构参数匹配，使系统具有尽可能好的动态响应特性。的动态响应特性。的动态响应特性。的动态响应特性。一、方案设计一、方案设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统2 2执行元件的选择执行元件的选择执行元件的选择执行元件的选择 选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等多方面的要求。一般来讲，对于开环系统可考虑采多方面的要求。一般来讲，对于开环系统可考虑采多方面的要求。一般来讲，对于开环系统可考虑采多方面的要求。一般来讲，对于开环系统可考虑采用步进电动机、电液脉冲马达等，应优先选用步进用步进电动机、电液脉冲马达等，应优先选用步进用步进电动机、电液脉冲马达等，应优先选用步进用步进电动机、电液脉冲马达等，应优先选用步进电动机。对于中小型的闭环系统可考虑采用直流伺电动机。对于中小型的闭环系统可考虑采用直流伺电动机。对于中小型的闭环系统可考虑采用直流伺电动机。对于中小型的闭环系统可考虑采用直流伺服电动机、交流伺服电动机，对于负载较大的闭环服电动机、交流伺服电动机，对于负载较大的闭环服电动机、交流伺服电动机，对于负载较大的闭环服电动机、交流伺服电动机，对于负载较大的闭环伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达等。伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达等。伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达等。伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达等。一、方案设计一、方案设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统3 3传动机构方案的选择传动机构方案的选择传动机构方案的选择传动机构方案的选择 传动机构是执行元件与执行机构之间的一个连传动机构是执行元件与执行机构之间的一个连传动机构是执行元件与执行机构之间的一个连传动机构是执行元件与执行机构之间的一个连接装置，用来进行运动和力的变换与传递。在伺服接装置，用来进行运动和力的变换与传递。在伺服接装置，用来进行运动和力的变换与传递。在伺服接装置，用来进行运动和力的变换与传递。在伺服系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换成执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换成执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换成执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换成直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂；后者因结构简单、且为消除传动间隙而结构复杂；后者因结构简单、且为消除传动间隙而结构复杂；后者因结构简单、且为消除传动间隙而结构复杂；后者因结构简单、制造容易而应用广泛。制造容易而应用广泛。制造容易而应用广泛。制造容易而应用广泛。一、方案设计一、方案设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统4 4控制系统方案的选择控制系统方案的选择控制系统方案的选择控制系统方案的选择 控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机控制方式、驱动电路等的选择。常用的微型机有单控制方式、驱动电路等的选择。常用的微型机有单控制方式、驱动电路等的选择。常用的微型机有单控制方式、驱动电路等的选择。常用的微型机有单片机、单板机、工业控制微型机等，其中单片机由片机、单板机、工业控制微型机等，其中单片机由片机、单板机、工业控制微型机等，其中单片机由片机、单板机、工业控制微型机等，其中单片机由于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方面的优越性，在伺服系统的控制中得到了广泛的应面的优越性，在伺服系统的控制中得到了广泛的应面的优越性，在伺服系统的控制中得到了广泛的应面的优越性，在伺服系统的控制中得到了广泛的应用。用。用。用。一、方案设计一、方案设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统 系统方案确定后，应进行方案实施的具体化设系统方案确定后，应进行方案实施的具体化设系统方案确定后，应进行方案实施的具体化设系统方案确定后，应进行方案实施的具体化设计，即各环节设计，通常称为稳态设计。其内容主计，即各环节设计，通常称为稳态设计。其内容主计，即各环节设计，通常称为稳态设计。其内容主计，即各环节设计，通常称为稳态设计。其内容主要包括执行元件规格的确定、系统结构的设计、系要包括执行元件规格的确定、系统结构的设计、系要包括执行元件规格的确定、系统结构的设计、系要包括执行元件规格的确定、系统结构的设计、系统惯量参数的计算以及信号检测、转换、放大等环统惯量参数的计算以及信号检测、转换、放大等环统惯量参数的计算以及信号检测、转换、放大等环统惯量参数的计算以及信号检测、转换、放大等环节的设计与计算。稳态设计要满足系统输出能力指节的设计与计算。稳态设计要满足系统输出能力指节的设计与计算。稳态设计要满足系统输出能力指节的设计与计算。稳态设计要满足系统输出能力指标的要求。标的要求。标的要求。标的要求。二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统1.1.负载的等效换算负载的等效换算负载的等效换算负载的等效换算 为了便于系统运动学、动力学的分析与计算，为了便于系统运动学、动力学的分析与计算，为了便于系统运动学、动力学的分析与计算，为了便于系统运动学、动力学的分析与计算，可将负载运动部件的转动惯量等效地变换到执行元可将负载运动部件的转动惯量等效地变换到执行元可将负载运动部件的转动惯量等效地变换到执行元可将负载运动部件的转动惯量等效地变换到执行元件的输出轴上，并计算输出轴承受的转矩件的输出轴上，并计算输出轴承受的转矩件的输出轴上，并计算输出轴承受的转矩件的输出轴上，并计算输出轴承受的转矩(回转运动回转运动回转运动回转运动)或力或力或力或力(直线运动直线运动直线运动直线运动)。例如：例如：例如：例如：二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统 如图所示系统中，由如图所示系统中，由如图所示系统中，由如图所示系统中，由mm个移动部件和个移动部件和个移动部件和个移动部件和n n个转动部个转动部个转动部个转动部件组成。件组成。件组成。件组成。mmi i、V Vi i和和和和F Fi i分别为移动部件的质量分别为移动部件的质量分别为移动部件的质量分别为移动部件的质量(kg)(kg)、运动速度运动速度运动速度运动速度(m/sm/s)和所承受的负载力和所承受的负载力和所承受的负载力和所承受的负载力(N)(N)；J Jj j、n nj j和和和和T Tj j分别为转动部件的转动惯量分别为转动部件的转动惯量分别为转动部件的转动惯量分别为转动部件的转动惯量(kg(kgmm2 2)、转速、转速、转速、转速(r/min(r/min或或或或rad/srad/s)和所承受负载力矩和所承受负载力矩和所承受负载力矩和所承受负载力矩(Nm)(Nm)。(1)(1)系统等效转动惯量系统等效转动惯量系统等效转动惯量系统等效转动惯量 的计算的计算的计算的计算系统运动部件动能的总和为系统运动部件动能的总和为系统运动部件动能的总和为系统运动部件动能的总和为 二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统设等效到执行元件输出轴上的总动能为设等效到执行元件输出轴上的总动能为设等效到执行元件输出轴上的总动能为设等效到执行元件输出轴上的总动能为根据动能不变的原则，有根据动能不变的原则，有根据动能不变的原则，有根据动能不变的原则，有 ，系统等效转动惯，系统等效转动惯，系统等效转动惯，系统等效转动惯量为量为量为量为式中式中式中式中 为执行元件输出轴的转速为执行元件输出轴的转速为执行元件输出轴的转速为执行元件输出轴的转速(rad/srad/s)二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统(2)(2)等效负载转矩的计算等效负载转矩的计算等效负载转矩的计算等效负载转矩的计算 设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和为为为为执行元件输出轴在时间内的转角为执行元件输出轴在时间内的转角为执行元件输出轴在时间内的转角为执行元件输出轴在时间内的转角为 ，则执，则执，则执，则执行元件所作的功为行元件所作的功为行元件所作的功为行元件所作的功为由于由于由于由于 ，所以执行元件输出轴所承受的负载转，所以执行元件输出轴所承受的负载转，所以执行元件输出轴所承受的负载转，所以执行元件输出轴所承受的负载转矩为矩为矩为矩为二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统2.2.执行元件功率的匹配执行元件功率的匹配执行元件功率的匹配执行元件功率的匹配(1)(1)系统执行元件的转矩匹配系统执行元件的转矩匹配系统执行元件的转矩匹配系统执行元件的转矩匹配 设机床工作台伺服进给运动驱动电机的额定转速设机床工作台伺服进给运动驱动电机的额定转速设机床工作台伺服进给运动驱动电机的额定转速设机床工作台伺服进给运动驱动电机的额定转速n n(r(r/min)/min)是所需最大转速，其额定转矩是所需最大转速，其额定转矩是所需最大转速，其额定转矩是所需最大转速，其额定转矩 (Nm)(Nm)应大应大应大应大于所需的最大转矩，即大于等效到电机输出轴上的于所需的最大转矩，即大于等效到电机输出轴上的于所需的最大转矩，即大于等效到电机输出轴上的于所需的最大转矩，即大于等效到电机输出轴上的负载转矩负载转矩负载转矩负载转矩 与克服惯性负载所需的转矩与克服惯性负载所需的转矩与克服惯性负载所需的转矩与克服惯性负载所需的转矩 (为电机加减速时的角加速度，为电机加减速时的角加速度，为电机加减速时的角加速度，为电机加减速时的角加速度，rad/srad/s2 2)之和。之和。之和。之和。即电机轴上的总负载力矩为即电机轴上的总负载力矩为即电机轴上的总负载力矩为即电机轴上的总负载力矩为考虑机械传动效率，则考虑机械传动效率，则考虑机械传动效率，则考虑机械传动效率，则二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统(2)(2)系统执行元件的功率匹配系统执行元件的功率匹配系统执行元件的功率匹配系统执行元件的功率匹配 上述可知，在计算等效负载力矩和等效负载惯量上述可知，在计算等效负载力矩和等效负载惯量上述可知，在计算等效负载力矩和等效负载惯量上述可知，在计算等效负载力矩和等效负载惯量时，需要知道电机的某些参数。在选择电机时，常时，需要知道电机的某些参数。在选择电机时，常时，需要知道电机的某些参数。在选择电机时，常时，需要知道电机的某些参数。在选择电机时，常先进行预选，然后再进行必要的验算。预选电机的先进行预选，然后再进行必要的验算。预选电机的先进行预选，然后再进行必要的验算。预选电机的先进行预选，然后再进行必要的验算。预选电机的估算功率估算功率估算功率估算功率P P可由下式确定可由下式确定可由下式确定可由下式确定式中式中式中式中 电机的最高角速度电机的最高角速度电机的最高角速度电机的最高角速度(rad/srad/s)；电机的电机的电机的电机的最高转速最高转速最高转速最高转速(r/min)(r/min)；考虑电机的功率富裕系数，考虑电机的功率富裕系数，考虑电机的功率富裕系数，考虑电机的功率富裕系数，一般取一般取一般取一般取1.21.22 2，对于小功率伺服系统可达，对于小功率伺服系统可达，对于小功率伺服系统可达，对于小功率伺服系统可达2.52.5。二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计3.3.减速器传动比的计算及分配减速器传动比的计算及分配减速器传动比的计算及分配减速器传动比的计算及分配 减速器传动比应满足驱动部件与负载之间的减速器传动比应满足驱动部件与负载之间的减速器传动比应满足驱动部件与负载之间的减速器传动比应满足驱动部件与负载之间的位移、转速和转矩的关系。不但要求传动构件要位移、转速和转矩的关系。不但要求传动构件要位移、转速和转矩的关系。不但要求传动构件要位移、转速和转矩的关系。不但要求传动构件要有足够的强度，还要求其转动惯量尽量小，以便有足够的强度，还要求其转动惯量尽量小，以便有足够的强度，还要求其转动惯量尽量小，以便有足够的强度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一加速度时所需转矩小，即在同一驱动在获得同一加速度时所需转矩小，即在同一驱动在获得同一加速度时所需转矩小，即在同一驱动在获得同一加速度时所需转矩小，即在同一驱动功率时，其加速度响应为最大。以步进电动机为功率时，其加速度响应为最大。以步进电动机为功率时，其加速度响应为最大。以步进电动机为功率时，其加速度响应为最大。以步进电动机为例，其传动比可按下式计算：例，其传动比可按下式计算：例，其传动比可按下式计算：例，其传动比可按下式计算：式中式中式中式中 为步进电动机步距角为步进电动机步距角为步进电动机步距角为步进电动机步距角(o o)；为丝杠导程为丝杠导程为丝杠导程为丝杠导程(mm)(mm)；为工作台运动的脉冲当量为工作台运动的脉冲当量为工作台运动的脉冲当量为工作台运动的脉冲当量(mm)(mm)。机机电电一一体体化化第五章伺服系统 如计算出的值较小，可采用同步齿形带或一级如计算出的值较小，可采用同步齿形带或一级如计算出的值较小，可采用同步齿形带或一级如计算出的值较小，可采用同步齿形带或一级齿轮传动，否则应采用多级齿轮传动。选择齿轮传齿轮传动，否则应采用多级齿轮传动。选择齿轮传齿轮传动，否则应采用多级齿轮传动。选择齿轮传齿轮传动，否则应采用多级齿轮传动。选择齿轮传动级数时，一方面应使齿轮总转动惯量与电动机轴动级数时，一方面应使齿轮总转动惯量与电动机轴动级数时，一方面应使齿轮总转动惯量与电动机轴动级数时，一方面应使齿轮总转动惯量与电动机轴上主动齿轮的转动惯量的比值较小，另一方面还要上主动齿轮的转动惯量的比值较小，另一方面还要上主动齿轮的转动惯量的比值较小，另一方面还要上主动齿轮的转动惯量的比值较小，另一方面还要避免因级数过多而使结构复杂。传动级数一般可按避免因级数过多而使结构复杂。传动级数一般可按避免因级数过多而使结构复杂。传动级数一般可按避免因级数过多而使结构复杂。传动级数一般可按下图来选择。下图来选择。下图来选择。下图来选择。二二、伺服系统稳态设计、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统 齿轮传动级数确定之后，为了紧凑传动结构以齿轮传动级数确定之后，为了紧凑传动结构以齿轮传动级数确定之后，为了紧凑传动结构以齿轮传动级数确定之后，为了紧凑传动结构以及提高传动精度和动态特性，通常是根据重量最轻及提高传动精度和动态特性，通常是根据重量最轻及提高传动精度和动态特性，通常是根据重量最轻及提高传动精度和动态特性，通常是根据重量最轻或等效转动惯量最小或输出轴转角误差最小的原则或等效转动惯量最小或输出轴转角误差最小的原则或等效转动惯量最小或输出轴转角误差最小的原则或等效转动惯量最小或输出轴转角误差最小的原则进行各级传动比的分配。一般可按下图来分配各级进行各级传动比的分配。一般可按下图来分配各级进行各级传动比的分配。一般可按下图来分配各级进行各级传动比的分配。一般可按下图来分配各级传动比，且应使各级传动比按传动顺序逐级增加。传动比，且应使各级传动比按传动顺序逐级增加。传动比，且应使各级传动比按传动顺序逐级增加。传动比，且应使各级传动比按传动顺序逐级增加。二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统4.4.信号检测、转换及放大和电源等装置的确定信号检测、转换及放大和电源等装置的确定信号检测、转换及放大和电源等装置的确定信号检测、转换及放大和电源等装置的确定 执行元件与传动系统确定之后，要考虑信号检执行元件与传动系统确定之后，要考虑信号检执行元件与传动系统确定之后，要考虑信号检执行元件与传动系统确定之后，要考虑信号检测、转换和放大装置以及校正补偿装置的选择与设测、转换和放大装置以及校正补偿装置的选择与设测、转换和放大装置以及校正补偿装置的选择与设测、转换和放大装置以及校正补偿装置的选择与设计的问题，同时还要考虑相邻环节的连接、信号的计的问题，同时还要考虑相邻环节的连接、信号的计的问题，同时还要考虑相邻环节的连接、信号的计的问题，同时还要考虑相邻环节的连接、信号的有效传递、输入与输出的阻抗匹配等，以保证各个有效传递、输入与输出的阻抗匹配等，以保证各个有效传递、输入与输出的阻抗匹配等，以保证各个有效传递、输入与输出的阻抗匹配等，以保证各个环节在各种条件下协调工作，系统整体上达到设计环节在各种条件下协调工作，系统整体上达到设计环节在各种条件下协调工作，系统整体上达到设计环节在各种条件下协调工作，系统整体上达到设计指标。指标。指标。指标。概括起来，主要考虑以下几个方面的问题：概括起来，主要考虑以下几个方面的问题：概括起来，主要考虑以下几个方面的问题：概括起来，主要考虑以下几个方面的问题：二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统1.1.检测传感装置的精度、灵敏度、反应时间等性能检测传感装置的精度、灵敏度、反应时间等性能检测传感装置的精度、灵敏度、反应时间等性能检测传感装置的精度、灵敏度、反应时间等性能参数要合适，这是保证系统整体精度的前提条件；参数要合适，这是保证系统整体精度的前提条件；参数要合适，这是保证系统整体精度的前提条件；参数要合适，这是保证系统整体精度的前提条件；2.2.信号转换接口电路尽量选用商品化的产品，要有信号转换接口电路尽量选用商品化的产品，要有信号转换接口电路尽量选用商品化的产品，要有信号转换接口电路尽量选用商品化的产品，要有足够的输入输出通道，与传感器输出阻抗和放大器足够的输入输出通道，与传感器输出阻抗和放大器足够的输入输出通道，与传感器输出阻抗和放大器足够的输入输出通道，与传感器输出阻抗和放大器的输入阻抗要匹配；的输入阻抗要匹配；的输入阻抗要匹配；的输入阻抗要匹配；3.3.放大器应具有足够的放大倍数和线性范围，其特放大器应具有足够的放大倍数和线性范围，其特放大器应具有足够的放大倍数和线性范围，其特放大器应具有足够的放大倍数和线性范围，其特性应稳定可靠；性应稳定可靠；性应稳定可靠；性应稳定可靠；4.4.功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求；功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求；功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求；功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求；5.5.电源的设计，一是要考虑到放大器各放大级的不电源的设计，一是要考虑到放大器各放大级的不电源的设计，一是要考虑到放大器各放大级的不电源的设计，一是要考虑到放大器各放大级的不同需要，二是要考虑到动力电源稳定性能和抗干扰性同需要，二是要考虑到动力电源稳定性能和抗干扰性同需要，二是要考虑到动力电源稳定性能和抗干扰性同需要，二是要考虑到动力电源稳定性能和抗干扰性能。能。能。能。二、伺服系统稳态设计二、伺服系统稳态设计机机电电一一体体化化第五章伺服系统稳态设计实例稳态设计实例：己知：拖板重己知：拖板重己知：拖板重己知：拖板重W=2000NW=2000N，拖板与贴塑导轨间的拖板与贴塑导轨间的拖板与贴塑导轨间的拖板与贴塑导轨间的摩擦因数摩擦因数摩擦因数摩擦因数u u=0.06,=0.06,车削时最大切削负载车削时最大切削负载车削时最大切削负载车削时最大切削负载F Fs s=2150N(=2150N(与运与运与运与运动方向相反动方向相反动方向相反动方向相反)，y y向切削分力向切削分力向切削分力向切削分力F Fy y=2F=2Fz z=300N(=300N(垂直于导轨垂直于导轨垂直于导轨垂直于导轨),要求切削时的进给速度：要求切削时的进给速度：要求切削时的进给速度：要求切削时的进给速度：V=10500 mm/minV=10500 mm/min，快，快，快，快速行程速度：速行程速度：速行程速度：速行程速度：V V0 0=3000mm/min=3000mm/min，滚珠丝杠名义直径滚珠丝杠名义直径滚珠丝杠名义直径滚珠丝杠名义直径D0=32mmD0=32mm,导程导程导程导程:p=6mm:p=6mm，丝杠总长丝杠总长丝杠总长丝杠总长l l=1400mm,=1400mm,拖板最拖板最拖板最拖板最大行程大行程大行程大行程1150mm1150mm，定位精度定位精度定位精度定位精度0.01mm0.01mm，试选择合适的步试选择合适的步试选择合适的步试选择合适的步进电机，并检查其启动特性和工作速度进电机，并检查其启动特性和工作速度进电机，并检查其启动特性和工作速度进电机，并检查其启动特性和工作速度。机机电电一一体体化化第五章伺服系统(1)(1)脉冲当量的选择脉冲当量的选择脉冲当量的选择脉冲当量的选择:初步选择三相步进电机的步距角为初步选择三相步进电机的步距角为初步选择三相步进电机的步距角为初步选择三相步进电机的步距角为0.750.750 0/1.5/1.50 0，三，三，三，三相六拍控制时步距角为相六拍控制时步距角为相六拍控制时步距角为相六拍控制时步距角为0.750.750 0，每转其脉冲数为，每转其脉冲数为，每转其脉冲数为，每转其脉冲数为根据脉冲当量根据脉冲当量根据脉冲当量根据脉冲当量 的定义，的定义，的定义，的定义，可以得到中间齿轮传动比可以得到中间齿轮传动比可以得到中间齿轮传动比可以得到中间齿轮传动比i i为：为：为：为：当当当当时，由公式：时，由公式：时，由公式：时，由公式：设计大小齿轮为：设计大小齿轮为：Z1=20 Z2=25 m=2mm机机电电一一体体化化第五章伺服系统(2)(2)等效惯量的计算：等效惯量的计算：等效惯量的计算：等效惯量的计算：1)1)滚珠丝杠的惯量：滚珠丝杠的惯量：滚珠丝杠的惯量：滚珠丝杠的惯量：2)2)齿轮的惯量：齿轮的惯量：齿轮的惯量：齿轮的惯量：求得：求得：求得：求得：3)3)拖板的运动惯量转化动电机轴的转动惯量：拖板的运动惯量转化动电机轴的转动惯量：拖板的运动惯量转化动电机轴的转动惯量：拖板的运动惯量转化动电机轴的转动惯量：4)4)总的等效转动惯量负载：总的等效转动惯量负载：总的等效转动惯量负载：总的等效转动惯量负载：机机电电一一体体化化第五章伺服系统(3)(3)等效负载的计算：等效负载的计算：等效负载的计算：等效负载的计算：1)1)折算到电机轴上的摩擦转矩折算到电机轴上的摩擦转矩折算到电机轴上的摩擦转矩折算到电机轴上的摩擦转矩2)2)空载时折算到电机轴上的最大附加转矩空载时折算到电机轴上的最大附加转矩空载时折算到电机轴上的最大附加转矩空载时折算到电机轴上的最大附加转矩3)3)空载时折算到电机轴上的最大加速度转矩空载时折算到电机轴上的最大加速度转矩空载时折算到电机轴上的最大加速度转矩空载时折算到