機電系統(tǒng)設(shè)計與仿真

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1、機電系統(tǒng)設(shè)計與仿真Lecture5伺服控制系統(tǒng)的仿真與設(shè)計5.1常用伺服控制元件5.1.1步進(jìn)電動機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成機械位移的變換器，分為轉(zhuǎn)動式和直線式。步進(jìn)電機有反映式、永磁式和混合式三種類型。1.主要特點通過改變輸入脈沖的數(shù)量、頻率和順序可以控制電機的輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向。實現(xiàn)開環(huán)位置控制。定位自鎖能力，永磁式和混合式步進(jìn)電機在斷電后仍可自鎖.存在步距角誤差，但誤差不積累。轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速不受電源電壓波動和負(fù)載變化的影響。需要專用的驅(qū)動電源，電源對電機的工作性能影響很大。啟動頻率和最高運行效率相差很大，啟動頻率大小與負(fù)載慣量有關(guān)。常用于自動化儀表和小功率位置伺服系

2、統(tǒng)2.選擇計算方法按位置精度要求選擇步距角。按啟動速度、最大工作速度選擇驅(qū)動頻率和最工作頻率。按啟動負(fù)載和工作負(fù)載確定啟動力矩和工作力矩。按慣頻率特性和局頻特性曲線效驗電機的力矩。5.1.2直流電動機1特點直流電動機分為永磁式和電磁式兩種，電磁式的磁場由激磁繞組產(chǎn)生；永磁式的磁場由永磁體產(chǎn)生。直流電動機在直流電壓的控制下可以輸出一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距，可以直接或通過傳動機構(gòu)驅(qū)動負(fù)載。具有很好的調(diào)速特性，調(diào)速范圍寬。電樞串電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速、PWM調(diào)速、改變勵磁的恒功率調(diào)速，雙閉環(huán)直流調(diào)速等各種調(diào)速方式。較大的啟動轉(zhuǎn)距、功率大、響應(yīng)速度快。可通過閉環(huán)實現(xiàn)調(diào)速、力矩和位置

3、伺服控制。永磁式直流電機可以工作堵轉(zhuǎn)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速為零）。斷電不能自鎖，需要配置專用電磁制動器才能實現(xiàn)斷點后的定位。輸出力矩與控制電流成正比，輸出轉(zhuǎn)速受到負(fù)載變化的影響。常采用線性驅(qū)動和脈寬調(diào)制（PWM）驅(qū)動兩種方式，線性驅(qū)動適用于小功率電機的驅(qū)動，大功率電機宜采用PWM驅(qū)動。常用于機器人，數(shù)控機床等高性能伺服控制系統(tǒng)。2.選擇方法按扭矩—轉(zhuǎn)速特性選取。畫出電機的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，并考慮電機的效率對轉(zhuǎn)矩的影響（用ηT代替T）。使電機在整個工作范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速始終位于T—n曲線的下方。例1電機選擇計算(移動型)螺母受力,螺母速度絲杠螺距,齒輪傳動比,總效率電機轉(zhuǎn)速根據(jù)功率守恒

4、得到電機轉(zhuǎn)矩選擇Maxon公司的RE36直流電機功率70W額定電壓24V空在轉(zhuǎn)速6210rpm堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩783mNm最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩81.0mNm啟動電流21.5A最大連續(xù)電流2.44A最大效率85%RE36特性曲線5.1.3交流伺服電動機和同步電機1交流伺服電動機調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬。輸出功率大。比步進(jìn)電機和直流電機具有更大的輸出功率。通過閉環(huán)實現(xiàn)速度控制或位置控制。異步伺服電機的工作原理與普通的籠型異步電機基本相同，成本較低。調(diào)速方式變頻調(diào)速：改變電源的頻率和電壓2同步電動機同步電機具有與步進(jìn)電機相近的特性，可工作于步進(jìn)方式，轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響，穩(wěn)定性高，在整個調(diào)速

5、范圍內(nèi)電機的轉(zhuǎn)矩和過載能力保持不變。同步電機適用于高性能伺服系統(tǒng)，異步伺服電機適用于機床的進(jìn)給驅(qū)動及其它功率較大的伺服系統(tǒng)。5.1.4液壓與氣壓伺服元件1.液壓伺服元件液壓伺服元件主要有比例閥和伺服閥兩種控制閥，可以用小的直流信號對大功率的流量或壓力實現(xiàn)控制，其主要特點為：功率密度大，輸出功率大，帶載能力強。伺服閥與油缸、馬達(dá)組成液壓伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)高性能位置，速度或力控制。響應(yīng)速度快，低速平穩(wěn)性好。具有自密封性，可適用于水下、化工等特殊環(huán)境。2.氣壓伺服元件氣壓伺服元件主要有開關(guān)閥和比例閥，其主要特點為：工作介質(zhì)來源于空氣，方便且無污染。反應(yīng)速度快。負(fù)載能力較差。無污染

6、，適用于各種生產(chǎn)線、食品或藥品的生產(chǎn)線。