第2章：伺服系统的稳态设计part01

1、 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算

2、2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电 机机 的的 选选 择择 2.4 2.4 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺 服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测 角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书

3、：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设

4、设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计 速度控制系统和位置控制系统的共同特点是：通过系统的执行元件直接或经机械传动装置带动被控对象，完成要求的机械运动。 因此工程上对它们的技术要求，主要是围绕着机械运动的规律和运动参数的要求。2.1 2.1 设计概述设计概述 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.

5、3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算 2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电 机机 的的 选选 择择 2.4 2.4 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二

6、章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺 服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测 角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放

7、 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计 1.1.速速 度度 调调 节节 要要 求求 ：u可可 逆逆 性性 要要 求：单求：单 向向 调调 速、可速、可 逆逆 调调 速速u平平 滑滑 性性 要要 求：有求：有 级级 调调 速、无速、无

8、级级 调调 速速u连 续 性 要 求 ： 调 速 是 连 续 的 还 是 容连 续 性 要 求 ： 调 速 是 连 续 的 还 是 容 许许 有有 间间 歇歇 的的 。2.1 2.1 设计概述设计概述 2.2. 系系 统统 输输 出出 轴轴 要要 求求 ：u最最 大大 转转 速：速：n nmaxmax(r (r/min)/min)、 maxmax(rad/s)(rad/s)、V Vmaxmax(m/s(m/s) )u最最 低低 平平 稳稳 转转 速：速：n nminmin(r (r/min)/min)、 minmin(rad/s)(rad/s)、V Vminmin(m/s(m/s) )u调调

9、速速 范范 围围 D D：mmi in nmma ax xmmi in nmma ax xmmi in nmma ax xV VV V D Dn nn n2.1 2.1 设计概述设计概述 3.3. 系系 统统 输输 出出 轴轴 上上 负负 载载 力力 矩矩 变变 化化 时时 ，控，控 制制 精精 度度 技技 术术 指指 标标 ：u转转 速速 降降 n n（ ）： n n = = n n0 0 n n 其其 中：中：n n0 0 - - 控控 制制 信信 号号 一一 定定 的的 情情 况况 下下 ， 理理 想想 的的 空空 载载 转转 速速 n n - - 控控 制制 信信 号号 一一 定定 的

10、的 情情 况况 下下 ， 满满 载载 时时 的的 转转 速速u静静 差差 率率 ： = = 100100n nn nn n 0 00 0100100n nn n0 02.1 2.1 设计概述设计概述v或或 4. 阶阶 跃跃 输输 入入 下下 系系 统统 的的 动动 态态 响响 应应 特特 性性 ：u最最 大大 超超 调调 量量 % %u调调 节节 时时 间间 t ts s：偏：偏 差差 在在 5 5 或或 2 2 范范 围围u振振 荡荡 次次 数数 N N2.1 2.1 设计概述设计概述 5. 5. 负负 载载 扰扰 动动 下下 的的 动动 态态 响响 应应 特特 性性 ： 阶阶 跃跃 扰扰

11、动动 或或 脉脉 冲冲 扰扰 动动 下下 ，u最最 大大 转转 速速 降降 n nmaxmax( (或或 maxmax或或V Vmaxmax) )u调调 整整 时时 间间 t ts sf 2.1 2.1 设计概述设计概述 6. 其其 它它 要要 求求 ：u工工 作作 制制 的的 要要 求求 ：长长 期期 连连 续续 运运 行行 制制 、间、间 歇歇 运运 行行 制制 、 短短 时时 运运 行行 制制 。u系系 统统 可可 靠靠 性性 要要 求求 ：通通 常常 用用 连连 续续 运运 行行 无无 故故 障障 时时 间间 来来 衡衡 量量 。u使使 用用 寿寿 命命u使使 用用 环环 境境 条条

12、件件 ：环环 境境 温温 度度 、湿、湿 度度 、振、振 动动 、抗、抗 冲冲 击击 、防、防 水水 、防、防 化化 、防、防 辐辐 射射 、电、电 源源 条条 件件 的的 限限 制制u经经 济济 性性 要要 求求 ：生生 产产 成成 本本 、标、标 准准 化化 程程 度度u结结 构构 型型 式式 要要 求求 ：体体 积积 、质、质 量量 、安、安 装装 特特 点点 等等2.1 2.1 设计概述设计概述 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.

13、1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算 2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电

14、机机 的的 选选 择择 2.4 2.4 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺 服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测 角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.

15、4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计 1. 速速 度度 调调 节节 要要 求求 ：u平平 滑滑 性性 要要 求：有求：有 级级 调调 速、

16、无速、无 级级 调调 速速u可可 逆逆 性性 要要 求：单求：单 向向 调调 速、可速、可 逆逆 调调 速速u连 续 性 要 求 ： 调 速 是 连 续 的 还 是 容连 续 性 要 求 ： 调 速 是 连 续 的 还 是 容 许许 有有 间间 歇歇 的的 。2.1 2.1 设计概述设计概述 2.2. 系系 统统 输输 出出 轴轴 要要 求求 ：u最最 大大 转转 速：速：n nmaxmax(r (r/min)/min)、 maxmax(rad/s)(rad/s)、V Vmaxmax(m/s(m/s) )u最最 低低 平平 稳稳 转转 速：速：n nminmin(r (r/min)/min)、

17、 minmin(rad/s)(rad/s)、V Vminmin(m/s(m/s) )u调调 速速 范范 围围 D D：mmi in nmma ax xmmi in nmma ax xmmi in nmma ax xV VV V D Dn nn n2.1 2.1 设计概述设计概述 3.3. 系系 统统 静静 误误 差差 e es s ( ( 系系 统统 静静 差差) ) 随 动 系 统 通 常 设 计 成 无 静 差 系 统 ，随 动 系 统 通 常 设 计 成 无 静 差 系 统 ，当系统静止协调时，没有位置误差。但实当系统静止协调时，没有位置误差。但实际 系 统 存 在 非 线 性 因 素

18、， 如 ： 测 角 元 件际 系 统 存 在 非 线 性 因 素 ， 如 ： 测 角 元 件的 分 辨 率 有 限 、 系 统 输 出 端 机 械 运 动 部的 分 辨 率 有 限 、 系 统 输 出 端 机 械 运 动 部分 存 在 干 摩 擦 等 等 ， 都 将 给 系 统 造 成 一分 存 在 干 摩 擦 等 等 ， 都 将 给 系 统 造 成 一定定 的的 静静 误误 差差 。2.1 2.1 设计概述设计概述 4. 4. 阶阶 跃跃 输输 入入 下下 系系 统统 的的 动动 态态 响响 应应 特特 性性 ：u最最 大大 超超 调调 量量 % %u调调 节节 时时 间间 t ts s：偏

19、：偏 差差 在在 5 5 或或 2 2 范范 围围u振振 荡荡 次次 数数 N N2.1 2.1 设计概述设计概述 5. 等等 速速 跟跟 踪踪 时，负时，负 载载 扰扰 动动 下下 的的 动动 态态 响响 应应 特特 性性 ：u最最 大大 误误 差差 角角 e em m fu过过 渡渡 过过 程程 时时 间间 t ts sf 2.1 2.1 设计概述设计概述 6.6. 系系 统统 跟跟 踪踪 状状 态态 下下 的的 误误 差差 指指 标标 ：u速度误差速度误差e ev vu最大正弦误差最大正弦误差e emmu相相 对对 精精 度度 指指 标标 ： 速速 度度 品品 质质 系系 数数 K Kv

20、 v: (1/s)(1/s) 加加 速速 度度 品品 质质 系系 数数 K Ka a: (1/s(1/s2 2) ) VVeKaaeK2.1 2.1 设计概述设计概述 7.7. 频频 率率 响响 应应 特特 性性 指指 标标 要要 求求u振振 荡荡 指指 标标 Mp: Mp: 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 闭闭 环环 幅幅 频频 特特 性性 A A ( ( p p ) ) 的的 最最 大大 值值 与与 A(0)A(0) 的的 比比 值值 ；( (一一 般般 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 无无 静静 差差 ：A(0)=1 )A(0)=1 )u频频 带带 宽宽 度度 b b: : 闭闭

21、 环环 幅幅 频频 特特 性性 A(A( b b) ) = = 0.7070.707 时时 的的 角角 频频 率。率。u相相 角角 储储 量量 2.1 2.1 设计概述设计概述 8. 8. 其其 它它 要要 求求 ：u工工 作作 制制 的的 要要 求求 ：长长 期期 连连 续续 运运 行行 制制 、间、间 歇歇 运运 行行 制制 、 短短 时时 运运 行行 制制 。u系系 统统 可可 靠靠 性性 要要 求求 ：通通 常常 用用 连连 续续 运运 行行 无无 故故 障障 时时 间间 来来 衡衡 量量 。u使使 用用 寿寿 命命u使使 用用 环环 境境 条条 件件 ：环环 境境 温温 度度 、湿、

22、湿 度度 、振、振 动动 、抗、抗 冲冲 击击 、防、防 水水 、防、防 化化 、防、防 辐辐 射射 、电、电 源源 条条 件件 的的 限限 制制u经经 济济 性性 要要 求求 ：生生 产产 成成 本本 、标、标 准准 化化 程程 度度u结结 构构 型型 式式 要要 求求 ：体体 积积 、质、质 量量 、安、安 装装 特特 点点 等等2.1 2.1 设计概述设计概述 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系

23、统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算 2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电 机机 的的 选选 择择 2.4 2.4

24、 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺 服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测 角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制

25、 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计一、调一、调 研研 1. 1. 选选 定定 伺伺 服服 系系 统统 各各 部部 件件 型型 号号 ； 2. 2. 确确 定定 各各 部部 件

26、件 间间 接接 口口 方方 式式 ； 3. 3. 选选 择择 伺伺 服服 系系 统统 的的 控控 制制 方方 案案 ； 4. 4. 确确 定定 伺伺 服服 系系 统统 的的 主主 干干 线线 路路 、辅、辅 助助 线线 路路 及及 电电 源源二、理二、理 论论 设设 计计 1. 1. 稳稳 态态 设设 计计 负负 载载 分分 析析 计计 算算 选选 择择 执执 行行 电电 机机 选选 择择 检检 测测 元元 件件 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设

27、设 计计 和和 选选 择择 2. 2. 传传 递递 函函 数数 的的 推推 导导 3. 3. 动动 态态 设设 计计 希望希望 特特 性性 的的 绘绘 制制 设设 计计 校校 正正 环环 节节三、调三、调 试试2.1 2.1 设计概述设计概述 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的

28、的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算 2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电 机机 的的 选选 择择 2.4 2.4 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺

29、服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测 角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版

30、书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动干干 摩摩 擦擦 负负 载载粘粘 性性 摩摩 擦擦 负负 载载惯惯 性性 负负 载载干干

31、摩摩 擦擦 力力 FcFc （N N）: : F Fc c = = |F|Fc c| | SignSign V V 式中：式中： V V - - 负负 载载 线线 速速 度度干干 摩摩 擦擦 力力 矩矩 McMc （N N mm）: : M Mc c = = |M|Mc c| | SignSign 式中：式中： - - 负负 载载 角角 速速 度度粘粘 性性 摩摩 擦擦 力力 矩矩 MMb b （N N mm）: : M Mb b = = b b2 2 式中：式中：b b2 2 ( (N s m)N s m) 粘性摩擦系数粘性摩擦系数 惯惯 性性 力力 矩矩 MMJ J（N N mm）: :

32、M MJ J = = J J 式中：式中： （rad/srad/s2 2) ) - - 负负 载载 角角 加加 速速 度度粘粘 性性 摩摩 擦擦 力力 F Fb b （N N）: : F Fb b = = b b1 1 V V 式中：式中：b b1 1(N (N s/m) s/m) 粘性摩擦系数粘性摩擦系数惯惯 性性 力力 F Fmm （N N）: : F Fmm = = m a m a 式中：式中： a (m/sa (m/s2 2) ) - - 负负 载载 线线 加加 速速 度度1.1.2.2.3.3.直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动直

33、直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动位位 能能 负负 载载弹弹 性性 负负 载载风风 阻阻 负负 载载重重 力力 W W（N N）: : WW = = m g m g 不不 平平 衡衡 力力 矩矩 M MWW （N N mm）弹弹 性性 力力 矩矩 MMk k （N N mm）: : MMk k = = k k2 2 式中：式中：k k2 2 ( (N m/ radN m/ rad ) ) 弹性摩擦系数弹性摩擦系数 角位移角位移风风 阻阻 力力 矩矩 MMt t（N N mm）: : MMt t = = f2 2 2 2 式中：式中： f2 2（N N m sm s2 2) ) 风阻系数

34、风阻系数 弹力弹力F Fk k (N):(N): F Fk k = = k k1 1 L L 式中：式中：K K1 1(N(N/m) /m) 弹弹性摩擦系数性摩擦系数 L (m) L (m) 线线 位位 移移风风 阻阻 力力 F Ft t （N N）: : F Ft t = = f1 1 V V2 2 式中：式中： f1 1 (N s (N s2 2/m/m2 2) ) 风阻系数风阻系数4.4.5.5.6.6.2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通

35、常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算 2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概

36、概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电 机机 的的 选选 择择 2.4 2.4 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺 服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测 角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振

37、 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传

38、 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴

39、传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算电电 机机负负 载载F= Fc + Fb + Fm = Fc+ b1v + ( md + mz ) a式中式中: : F - - 电机轴受到的合力电机轴受到的合力 md - 电机动子质量电机动子质量 mz - 负载质量负载质量2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴

40、传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算u 旋 转 运 动旋 转 运 动电电 机机负负 载载M = Mc + MJ = Mc + (Jd + Jz)式中式中: : M - - 电机轴受到的合力矩电机轴受到的合力矩 Jd - - 电机转动惯量电机转动惯量 Jz - - 负载转动惯量负载转动惯量2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效

41、效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算u 考 虑 减 速 比考 虑 减 速 比 iz22z11z31z21z12z32123电电 机机负负 载载d = i zd = i zd = i zi = i1 i2 i3 式 中： i1 、 i2、 i3 - 各各 级级 齿齿 轮轮 减减 速速 比比 i - - 齿齿 轮轮 减减 速速 器器 总总 的的 减减 速速 比比2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运

42、 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算u 考 虑 传 动 效 率考 虑 传 动 效 率 z22z11z31z21z12z32123电电 机机负负 载载电机的输出功率与负载消耗功率相等电机的输出功率与负载消耗功率相等 M Md d d d = M = MZ Z Z ZM Md d = - = -M MZ Zi d = i z2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算1. 单单 轴轴 传传 动

43、动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算bzbdMbMbJzJdMJMJ2bbi 2JJi zddzdzdzMMiiii u 负载参数的折算负载参数的折算KzKdMKMK22fzfdMfMf2KKi 3ffi zddzdzdzMMiiii u 负载参数的折算负载参数的折算zdMMi2223bbiJJiKKiffi

44、 dzdzdziii u 负载参数的折算负载参数的折算1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算u 单 轴 传 动单 轴 传 动已已 知：负知：负 载载 WW = = mm g g ，转，转 子子 转转 动动 惯惯 量量 J Jd d ，辘，辘 轮轮 转转 动动 惯惯 量量 J Jp p

45、，直，直 径径 2R2R，电，电 机机 和和 辘辘 轮轮 的的 角角 速速 度度 为为 ，负负 载载 线线 速速 度度 v v = = R Rl 提 升 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩提 升 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩l 下 降 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩下 降 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩 M M = M= MJ J- M- MWW= ( J= ( Jd d+ J+ JP P+ m R+ m R2 2) ) 2 2 - - W RW R电 机负 载 辘 轮WW2.2 2.2 负载的分析计

46、算负载的分析计算 M M = = M MJ J + M+ MWW= = (J(Jd d+ J+ JP P +mR+mR2 2)1 1 +WR+WR1. 单单 轴轴 传传 动动2. 多多 轴轴 传传 动动3.3.直直 线线 运运 动动 与与 旋旋转转 运运 动动 转转 换换直直 线线 运运 动动旋旋 转转 运运 动动考考 虑虑 减减 速速 比比 i考考 虑虑 传传 动动 效效 率率负载参数的折算负载参数的折算单单 轴轴 传传 动动多多 轴轴 传传 动动2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算u 多 轴 传 动多 轴 传 动电 机负 载 辘 轮WWz22z11z31z21z12z32123若若

47、 电电 机机 轴轴 与与 辘辘 轮轮 之之 间间 存存 在在 减减 速速比比 i 和和 传传 动动 效效 率率 ，则则 l 提 升 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩提 升 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩 M M = M= MJ J + M + MWW = = ( J( Jd d+ + ) ) 1 1 + + . . i i2 22 2P PJ JR RJ J m mzdMMiii22 2R RmmJ JP P iWRl 下 放 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩下 放 负 载 时 ， 电 机 轴 上 的 总 负 载 力 矩 M

48、M = M= MJ J - M - MWW = = ( J( Jd d+ + ) ) 2 2 - - . . i22 2R RmmJ JP P iWR2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算 2.1 2.1 设设 计计 概概 述述（旧版书：（旧版书：5 15 1） 2.1.1 2.1.1 速速 度度 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.2 2.1.2 位位 置置 伺伺 服服 系系 统统 通通 常常 的的 技技 术术 要要 求求 2.1.3 2.1.3 设设 计计 步步 骤骤 2.2 2.2 负负 载载 的的 分分 析析 计计 算算（旧版书：（旧版书：5

49、 25 2） 2.2.1 2.2.1 几几 种种 典典 型型 负负 载载 2.2.2 2.2.2 负负 载载 的的 折折 算算 2.2.3 2.2.3 负负 载载 的的 综综 合合 计计 算算 2.3 2.3 执执 行行 元元 件件 的的 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 35 3） 2.3.1 2.3.1 执执 行行 元元 件件 概概 述述 2.3.2 2.3.2 执执 行行 电电 机机 的的 选选 择择 2.4 2.4 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择（旧版书：第二章、（旧版书：第二章、 5 45 4） 2.4.1 2.4.1 伺伺 服服 系系 统统 的的 测测 速速 与与 测测

50、角角 2.4.2 2.4.2 检检 测测 装装 置置 的的 选选 择择 和和 设设 计计 2.5 2.5 信信 号号 转转 换换 电电 路路 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.5.1 2.5.1 概概 述述 2.5.2 2.5.2 相相 敏敏 整整 流流 电电 路路 2.5.3 2.5.3 振振 幅幅 调调 制制 线线 路路 2.5.4 2.5.4 脉脉 冲冲 宽宽 度度 调调 制制 (PWM)(PWM) 线线 路路 2.6 2.6 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 和和 选选 择择（旧版书：（旧版书：5 45 4） 2.6.1 2.6.1 功功

51、 率率 放放 大大 装装 置置 概概 述述 2.6.2 2.6.2 放放 大大 装装 置置 的的 设设 计计 与与 选选 择择 2.7 2.7 电电 源源 设设 备备 等等 装装 置置 的的 设设 计计（旧版书：（旧版书：5 45 4）第二章第二章 伺服系统的稳态设计伺服系统的稳态设计负负 载载 运运 动动 有有 规规 律律负负 载载 运运 动动 没没 有有 固固 定定 规规 律律负载力矩不仅与负载性质有关，还与运动状况有关。负载力矩不仅与负载性质有关，还与运动状况有关。2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算u 负 载 运 动 有 规 律负 载 运 动 有 规 律 龙龙 门门 刨刨 床床

52、 工工 作作 台台 的的 控控 制制 系系 统：统：执执 行行 电电 动动 机机 转转 子子 的的 转转 动动 惯惯 量量 J Jd d , ,减减 速速 齿齿 轮轮 组组 的的 减减 速速 比比 i, ,与与 齿齿 条条 相相 啮啮 合合 的的 齿齿 轮轮 节节 圆圆 半半 径径 R R , ,总总 传传 动动 效效 率率 ，往，往 复复 运运 动动 部部 分分 的的 总总 质质 量量 m m , ,干干 摩摩 擦擦 力力 FcFc , ,切切 削削 加加 工工 时时 的的 切切 削削 阻阻 力力 FpFp , ,其其 它它 因因 素素 可可 忽忽 略略 。例1齿条工工 件件工作台工作台刨刀

53、电电 机机tMC C(c)t0 0MP P(d)MJ J0 0t(e)M0 0t0 0(f)tt1 1t2 2t3 3t4 4t5 5t6 60 0(b) M=22m RM(J)JdiiRFMCCiRFMPP2.2 2.2 负载的分析计算负载的分析计算MC+MP+ MJ考考 虑虑 实实 际际 加加 工工 过过 程程 往往 复复次数次数 多多 ，需，需 要要 检检 验验 执执 行行 电电 机机 的的 发发 热热 与与 温温 升升 ，为，为 此此 要要 计计 算算 一一 周周 内内 转转 矩矩 的的 均均 方根方根 值值 MdxMdx，这，这 主主 要要 由由 于于Q Q = = I I2 2 R

54、 R t t ，而，而 M M = = KmKm I I ，因此因此 考考 虑虑 MdxMdx 即即 可可 检检 验验 执执 行行 电电 机机 的的 温温 升升 与与 发发 热热 。)-()-()-()-()-(M)-(M)-(M)-(M)-(MMdxM56452412156264525342423231222121ttttttttttttttttttttM0 0t0 0(f)t t1 1t t2 2t t3 3t t4 4t t5 5t t6 6M M1 1M M2 2M M3 3M M4 4M M5 5M M6 6若若 考考 虑虑 到到 电电 机机 在在 起起 动动 、制、制 动动 过过

55、程程 中中 低低 转转 速速 时时 散散 热热 条条 件件 差差 ，故故 加加 权权 系系 数数 1 33秒，则检验秒，则检验MBM，否则重选电机。，否则重选电机。n 执 行 电 机 的 选 择 ：3030mUUmUUM0 0MfdMldL0L0ABMBMA此时此时=求力矩电机的电势系数求力矩电机的电势系数过载检验：过载检验： Umax - 快速反转所加的电枢最大电压快速反转所加的电枢最大电压 max - 最大角速度最大角速度 R - 电枢回路总电阻电枢回路总电阻 Km(Nm/A) - - 电机转矩系数电机转矩系数 短 时 过 载 检 验短 时 过 载 检 验 S/rad)(V UK0me2.

56、3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择RUI fdmaxemaxIRKUIKMmfdmaxemaxmMRKUK式中：式中：要求要求b带宽带宽b b的概念的概念闭环传递函数闭环传递函数 ，则则 =b时，时，根据经验公式：在根据经验公式：在300600时，工程上时，工程上近似有近似有 b b(1.22)C C 动 态 检 验动 态 检 验2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择若 系 统 动 态 指 标 提 出 要 求 ：若 系 统 动 态 指 标 提 出 要 求 ： b, t tsR(s)C(s)(s) )()(jRjC(j) 2)(j)(j0b| |（） | |b| |（0） | | c

57、 c与与 的 关 系的 关 系2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择W(s)()()(jEjjWc)sin(icmctWW ( ( s s ) )erce当当 = c时时 ,1)()()(ccccjEjjW)()(ccccjEj)180tsin()180tsin(e0cm0c2mcc2mmceE(s)(s)c)()(jEjc41.44e2bmtimsine)sin(ecmttcmsinekzdcfd)J(JMMbczdmcfdk21.211.41.4)J(JeMM M 与与 的 关 系的 关 系2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择或或bczdmcek21.211.41.4)J(J

58、eMM（ 力 矩 电 机 ）（ 力 矩 电 机 ）（ 普 通 电 机 ）（ 普 通 电 机 ）L（）kk k 在在 Bode 图图 上上 的的反反 映映 如如 右右 图图 所所 示，示，电电 机机 的的 饱饱 和和 特特 性性为为 一一 条条 - - 40dB/dec 40dB/dec 的的 直直 线。线。2kmzdce)J(JM 若 系 统 要 求 过 渡 过 程 时 间若 系 统 要 求 过 渡 过 程 时 间 t tt ts s2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择根 据根 据sctk式中：式中：2pp1)2.5(M1)1.5(M2k8 . 1, 1 . 1 pM106ksczdm

59、cfdkt1491.4)J(JeMMsczdmcekt1491.4)J(JeMM或或sctkt只只 有有 经经 过过 稳稳 态态 检检 验验 、短、短 时时 过过 载载 检检 验验 和和 动动 态态 检检 验验 等等 几几方方 面面 的的 检检 验验 均均 满满 足足 要要 求求 时时 ， 可可 认认 为为 所所 选选 电电 机机 满满 足足 要要 求求 ，否否 则则 重重 选选 电电 机机 ！2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择2 . 3 . 2 2 . 3 . 2 执 行 电 机 的 选 择执 行 电 机 的 选 择1.1. 单单 轴轴 传传 动动 系系 统统 电电 机机 的的 选

60、选 择择u一一 般般 高高 速速 电电 机机 的的 选选 择择u低低 速速 力力 矩矩 电电 机机 的的 选选 择择2.2. 多 轴 传 动 一 般 高 速 执 行 电 机 的 选 择多 轴 传 动 一 般 高 速 执 行 电 机 的 选 择2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择2 . 多 轴 传 动 系 统 电 机 的 选 择多 轴 传 动 系 统 电 机 的 选 择简 单 初 选简 单 初 选验算验算负负 载载 通通 常常 给给 定定 技技 术术 要要 求求 ：m、m、ec、ev、ea、em、JZ、MC、tsu 简单初选简单初选2.3 2.3 执行元件的选择执行元件的选择根 据根 据