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第四节开环控制的伺服系统设计系统方案设计接微型功放电路执机械||机械传动执行电机路仃元件机构机构图5-31开环伺服系统结构原理框图1.执行元件的选择从以下几个方面来考虑:负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等多方面要求。开环伺服系统中可采用步进电动机、电液脉冲马达伺服阀控制的液压缸和液压马达等作为执行元件,其中步进电动机应用最为广泛。一般情况下优先选用步进电动机,当其负载能力不够时,再考虑选用电液脉冲马达等2.传动机构方案的选择实质上是执行元件与执行机构之间的一个机械接口,用于对运动和力进行变换和传递。目前滚动丝杠螺母副是伺服系统中的首选传动机构。在步进电动机与丝杠之间运动的传递可以通过联轴器或减速器减速器的作用主要有三个,即配凑脉冲当量、转矩放大和惯量配3.执行机构方案的选择执行机构是伺服系统中的被控对象,是实现实际操作的机构,应根据具体操作对象及其特点来选择和设计。般情况下,执行机构中都包含有导向机构,执行机构方案的选择主要是导向机构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、步进电动机控制方式、驱动电路等的选择。二、机械系统的设计计算内容包括:执行元件参数及规格的确定、系统结构的具体设计系统惯量、刚度等参数的计算等工作台步进减速器滚动丝杠电动机图5-32典型开环伺服系统机械传动原理图(一)确定脉冲当量,初选步进电动机脉冲当量应根据系统精度要求来确定。对于开环伺服系统,一般取为0.005~0.01mm。初选步进电动机主要是根据具体情况选择其类型和步距角。a反应式步进电动机步距角小,运行频率高,价格较低,但功耗较大b永磁式步进电动机功耗较小,断电后仍有制动力矩,但步距角较大,启动和运行频率较低;c混合式步进电动兼有上述两种电动机的优点,但价格较高二)计算减速器的传动比减速器一般采用减速传动,其传动比3606a.如算出的传动比值较小,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。b选择齿轮传动级数时应该考虑的因素方面应使齿轮总转动惯量JG与电动机轴上主动齿轮的转动惯量JP的比值较小另一方面还要避免因级数过多而使结构复杂。20级3级4级1015203050100图5-33传动级数选择曲线108654322级23级3级3级15234581015203050100图5-34传动比分配曲线(三)计算系统转动惯量计算转动惯量的目的是:选择步进电动机动力参数及进行系统动态特性分析与设计。专动件(如齿轮、丝杠等的转动惯量一般等效成圆柱体来近似计算。圆柱体转动惯量/(kg"m2)的计算公式为32式中:p是材料密度(kg/m3);d是传动件的等效直径(m);l是传动件轴向长度(m)计算出的各传动件转动惯量应按下式折算到电动机轴上,以获得总当量负载转动惯量J(kgm2)J4=Ja1+(J2+J,)2+式中

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