| 伺服系统的设计包括： 伺服系统的动力方法设计-静态设计 伺服电机型号和电机机械系统参数相互匹配。 控制理论方法设计-控制器参数和动态性能指标 一、惯量匹配： （一）.等效负载惯量JL的计算 1.驱动回转体的转动惯量： |
| 回转运动的动能： |
| 根据能量守恒: |
| 推广到对多轴系统： |
| 2.直线运动物体的等效转动惯量： 以丝杠螺母带动工作台为例： 直线运动工作台的动能： 将此能量转换成电机轴回转运动的能量，根据能量守恒， |
| 推广到对一般系统： |
| 3.回转和直线联动装置的等效转动惯量： |
| （二）. 惯量匹配原则 1.步进电机的惯量匹配条件： |
| 带惯性负载时的最大启动频率： |
| 2.交、直流伺服电机的惯量匹配原则： 对于采用惯量较小的直流伺服电机的伺服系统 对于采用大惯量直流伺服电机的伺服系统 |
| 二、容量匹配： （一）. 等效转矩的计算 1.等效负载转矩[TL]的计算 根据能量守恒原理： |
| 有些机械装置中有负载作用的轴不止一个，此时 |
| 2.等效摩擦转矩[Tf]的计算 由于机械装置大部分损失的功率是克服摩擦力做功，所以等效摩擦力矩根据机械效率做近似 估算： |
| 3.等效惯性力矩[Ta]的计算 电机在变速时，需要一定的加速力矩。 |
| （二）. 伺服电机容量匹配原则 1.步进电机的容量匹配 |
| 2.交直流伺服电机的容量匹配： 直流伺服电机的转矩-速度特性曲线分成连续工作区、断续工作区、加减速工作区，三个区用途不同，电机转矩的选择方法也不一样。工程上常根据电机发热条件的等效原则，将重复短时工作制等效于连续工作制的电机来选择。 三、速度匹配 同样功率的电机，额定转速高则电机尺寸小，重量轻；电机转速越高，传动比就会越大，这对于减小伺服电机等效转动惯量，提高电机负载能力有利。因此电机常工作在高转速低扭矩状态。但是机械装置工作在低转速高扭矩状态，所以要在伺服电机和机械装置之间需要减速器匹配。应该在对负载分析的基础上，合理选择减速器的减速比。 四、伺服电机选择实例： （一）步进电机选择实例 工作台（拖板）重量W=2000N，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.06，车削是最大切削负载FZ=2150N，y向切削分力Fy=2FZ=4300N（垂直于导轨），要求刀具切削使得进给速度v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=3000mm/min，滚珠丝杠名义直径d0=32mm，导程tsp=6mm，丝杠总长l=1400mm，拖板最大行程为1150mm，定位精度±0.01mm，试选择合适的步进电机。 |
| 图4.18 步进电机带动工作台 |
| 1.脉冲当量的选择： 初选三相步进电机的步距角为0.75°/1.5°，当三相六拍运行时，步距角θ=0.75°，其每转脉冲数S=360°/θ=480。初选脉冲当量δ=0.01mm，根据脉冲当量的定义，可得中间齿轮传动比i为 |
| 选小齿轮齿数Z1=20，Z2=25。模数m=2 2.等效负载转矩的计算 （1）空载时的等效摩擦转矩Tf |
| （2）车削加工时的等效负载转矩TL |
| 3.等效转动惯量 （1）滚珠丝杠的转动惯量Jsp |
| （2）拖板运动惯量换算到电机轴上的转动惯量JW |
| （3）大齿轮的转动惯量Jg2 |
| （4）小齿轮的转动惯量Jg1 |
| 4.初选电机型号 已知TL=241.4（N.cm），JL=7.76（N.cm. s2），初选电机型号为110BF003， 其最大静转矩Tmax=800，转子惯量Jm=4.7 （N.cm. s2）由此可得 |
| 满足惯量匹配和容量匹配的条件 5.速度验算 （1）快进速度验算 查步进电机运行矩频曲线得当fmax=6000HZ时， 电机转矩Tm=90（Ncm）>Tf=11.46,可按此频率计算最大进给速度v2 |
| （2）工进速度的验算 |
| 综上所述，可选择此型号的电机 （二）直流伺服电机选择实例 线位移脉冲当量δ=0.01mm，最大进给速度v2=6000mm/min，加速时间0.2s，移动体重量W=2000N，移动速度6m/min，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.065，电机直接驱动丝杠。丝杠外径55mm，试选择合适的直流伺服电机。 |
| 图4.19 直流伺服电机带动工作台 1.根据脉冲当量确定丝杠导程和齿轮传动比： 已知δ和编码器分辨率，可知步距角 |
| 换算到电机轴上 |
| 2.所需电机转速的计算 |
编码器轴上转速 |
| 预紧力F2=F1/3=433.33（N） |
| 4.等效转动惯量的计算 |
| 移动体 传动体 |
| 5.初选电机型号 已知TL=200.45（N.cm），JL=245（kg.cm2），初选电机型号为CN-800-10， 其最大静转矩TR=830 （N.cm）， 转子惯量Jm=91 （kg.cm2）由此可得 |
| 6.计算电机所需转矩Tm |
