有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)

《有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)電有機(jī)結(jié)合分析與設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)設(shè)計(jì)第二節(jié)機(jī)電有機(jī)結(jié)合之一——機(jī)電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的考慮方法第三節(jié)機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二——機(jī)電一體化系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計(jì)的考慮方法第四節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性、安全性設(shè)計(jì)習(xí)題與思考題1機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)過程是機(jī)電參數(shù)相互匹配，即機(jī)電有機(jī)結(jié)合的過程。機(jī)電伺服系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。本章將以機(jī)電伺服系統(tǒng)為例，說明機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般考慮方法。伺服系統(tǒng)中的位置伺服控制系統(tǒng)和速度伺服控制系統(tǒng)的共同點(diǎn)是通過系統(tǒng)執(zhí)行元件直接或經(jīng)過傳動系統(tǒng)驅(qū)動被控對象，從而完成所需要的機(jī)械運(yùn)動。

2、因此，工程上是圍繞機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律和運(yùn)動參數(shù)對它們提出技術(shù)要求的。第一節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)設(shè)計(jì)2在進(jìn)行機(jī)電伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要了解被控對象的特點(diǎn)和對系統(tǒng)的具體要求，通過調(diào)查研究制訂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案通常只是一個(gè)初步的輪廓，包括系統(tǒng)主要元部件的種類、各部分之間的連接方式、系統(tǒng)的控制方式、所需能源形式、校正補(bǔ)償方法，以及信號轉(zhuǎn)換的方式等。有了初步設(shè)計(jì)方案就要進(jìn)行定量的分析計(jì)算，分析計(jì)算包括穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算和動態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算。穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括使系統(tǒng)的輸出運(yùn)動參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求、執(zhí)行元件(如電動機(jī))的參數(shù)選擇、功率（或轉(zhuǎn)矩）的匹配及過載能力的驗(yàn)算、各主要元

3、部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)、信號的有效傳遞、各級增益的分配、各級之間阻抗的匹配和抗干擾措施等，并為后面動態(tài)設(shè)計(jì)中的校正補(bǔ)償裝置的引入留有余地。3圖1.4機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）基本組成4初步確定系統(tǒng)的主回路各部分特性、參數(shù)，便可著手建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。主要是設(shè)計(jì)校正補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)滿足動態(tài)技術(shù)指標(biāo)要求，通常要進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，或借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。通過上述理論設(shè)計(jì)計(jì)算，完成的還僅是一個(gè)較詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，這種工程設(shè)計(jì)計(jì)算一般是近似的，只能作為工程實(shí)踐的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的實(shí)際電路及實(shí)際參數(shù)，往往要通過樣機(jī)的試驗(yàn)與調(diào)試，才能最后確定下來

4、。這并不等于以上設(shè)計(jì)計(jì)算是多余的，因經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算后確定的方案，考慮了機(jī)電參數(shù)的有機(jī)結(jié)合與匹配，這對工程實(shí)踐是必需的，這有利于減少盲目性和加快樣機(jī)的調(diào)試與電路參數(shù)的確定。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)的自動化程度越來越高。為滿足人們生活和生產(chǎn)安全、可靠地使用要求，在機(jī)電一體化有機(jī)結(jié)合分析與設(shè)計(jì)過程中，必須充分注意其可靠性、安全性設(shè)計(jì)要求。穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)動態(tài)設(shè)計(jì)5第二節(jié)機(jī)電有機(jī)結(jié)合之一——機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)考慮方法位置控制系統(tǒng)和速度控制系統(tǒng)的被控對象作機(jī)械運(yùn)動時(shí)，該被控對象就是系統(tǒng)的負(fù)載，它與系統(tǒng)執(zhí)行元件的機(jī)械傳動聯(lián)系有多種形式。機(jī)械運(yùn)動是組

5、成機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要組成部分，它們的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性與整個(gè)系統(tǒng)的性能關(guān)系極大。被控對象(簡稱負(fù)載)的運(yùn)動形式有直線運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動、間歇運(yùn)動等，具體的負(fù)載往往比較復(fù)雜，為便于分析，常將它分解為幾種典型負(fù)載，結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律再將它們組合起來，使定量設(shè)計(jì)計(jì)算得以順利進(jìn)行。一、典型負(fù)載61.典型負(fù)載分析所謂典型負(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載(滑動摩擦負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、滾動摩擦負(fù)載等)。對具體系統(tǒng)而言，其負(fù)載可能是以上幾種典型負(fù)載的組合，不一定均包含上述所有負(fù)載項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對被控對象及其運(yùn)動作具體分析，從而獲得負(fù)載的綜合定量

6、數(shù)值，為選擇與之匹配的執(zhí)行元件及進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)分析打下基礎(chǔ)。72.負(fù)載的等效換算被控對象的運(yùn)動，有的是直線運(yùn)動，如機(jī)床的工作臺X、Y及Z軸，機(jī)器人臂部的升降、伸縮運(yùn)動，繪圖機(jī)的X、Y方向運(yùn)動；也有的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)、工作臺的回轉(zhuǎn)、機(jī)器人關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動等。執(zhí)行元件與被控對象有直接連接的，也有通過傳動裝置連接的。執(zhí)行元件的額定轉(zhuǎn)矩(或力、功率)、加減速控制及制動方案的選擇，應(yīng)與被控對象的固有參數(shù)(如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等)相互匹配。因此，要將被控對象相關(guān)部件的固有參數(shù)及其所受的負(fù)載(力或轉(zhuǎn)矩等)等效換算到執(zhí)行元件(k)的輸出軸上，即計(jì)算其輸出軸承受

7、的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩(回轉(zhuǎn)運(yùn)動)或計(jì)算等效質(zhì)量和等效力(直線運(yùn)動)。89以機(jī)床工作臺的伺服進(jìn)給系統(tǒng)為例。下圖所示的系統(tǒng)由個(gè)移動部件和個(gè)轉(zhuǎn)動部件組成。、和分別為移動部分的質(zhì)量（kg）、運(yùn)動速度（m/s）和所受的負(fù)載力（N）；、和分別為轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量（）、轉(zhuǎn)速（或）和所受負(fù)載轉(zhuǎn)矩（）。1）求等效轉(zhuǎn)動慣量。該系統(tǒng)運(yùn)動部件的動能總和為：設(shè)等效到執(zhí)行元件輸出軸上的總動能為：10由于，故：用工程上常用單位時(shí)，可改寫上式如下：式中，——執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速（r/min）.2）求等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。設(shè)上述系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)克服負(fù)載所做功的總和為：同理，執(zhí)行元件輸出軸在

8、時(shí)間t內(nèi)的轉(zhuǎn)角為則，執(zhí)行元件所作的功為：，又故：采用工程單位又：11等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：等效負(fù)載慣量：等效阻尼系數(shù)：等效彈簧剛度