國立尾科技大學(xué) 自動(dòng)化工程系 題製作期中報(bào)告

1、國立虎尾科技大學(xué) 自動(dòng)化工程系 98學(xué)年度專題製作 期中報(bào)告 新型滾珠螺桿之運(yùn)動(dòng)控制新型滾珠螺桿之運(yùn)動(dòng)控制 指導(dǎo)老師: 謝 文 祥 教 授 學(xué) 生: 陳政維 49627123 黃泓銘 49627131目錄1.前言p.32.研究目的p.43.研究方法p.54.目前完成進(jìn)度p.295.預(yù)計(jì)下學(xué)期進(jìn)度p.30新型滾珠螺桿1.前言伺服馬達(dá)可在不改變機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸下，提供額外的自由度來改變其輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此稱為伺服變轉(zhuǎn)速。由於新型滾珠螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，會(huì)有螺桿加速度的峰值跳動(dòng)的現(xiàn)象，若使用伺服變轉(zhuǎn)速控制輸入滑件曲柄機(jī)構(gòu)的速度，則可以有效降低此問題。 2.研究目的本研究之目的在於提出利用程式驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)

2、，並控制新型滾珠螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)；當(dāng)滾珠螺桿產(chǎn)生複雜輸出運(yùn)動(dòng)時(shí)，加入控制器讓其運(yùn)轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)，並將伺服馬達(dá)加裝於雛型機(jī)製作測試加以驗(yàn)證。 3.研究方法1.運(yùn)動(dòng)分析利用運(yùn)動(dòng)分析(kinematic analysis)，在已知之運(yùn)動(dòng)尺寸及輸入下，分析出其它機(jī)件之角運(yùn)動(dòng)及重要點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。2.動(dòng)力分析利用動(dòng)力分析(dynamic analysis)，推導(dǎo)出系統(tǒng)之運(yùn)動(dòng)方程式，並由運(yùn)動(dòng)分析(kinematic analysis)所得的結(jié)果帶入運(yùn)動(dòng)方程式中。3.推導(dǎo)轉(zhuǎn)移函數(shù)利用所推導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)方程式，求得其系統(tǒng)之轉(zhuǎn)移函數(shù)。3-1.運(yùn)動(dòng)分析4.推導(dǎo)控制參數(shù)利用系統(tǒng)之轉(zhuǎn)移函數(shù)，求得最佳的控制器之控制參數(shù)。5.雛型機(jī)測試使

3、用matlab軟體中的simulink圖形方塊建立控制系統(tǒng)方塊圖，並開始驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)，控制新型滾珠螺桿，並利用多功能擷取卡model 626取得所要的資料，最後驗(yàn)證理論的正確性。目前我們只針對(duì)歐丹聯(lián)軸器做運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析3-1-1.運(yùn)動(dòng)分析我們先將歐丹聯(lián)軸器化為等效四連桿，再由等效四連桿作運(yùn)動(dòng)分析。以下為歐丹聯(lián)軸器等效成四連桿機(jī)構(gòu)的步驟3-1-2.運(yùn)動(dòng)分析432oadcbef65ad = 13.29mm ob= r1=60mmoc= r2=60mma =boc =90o 尺寸資訊由a study on a novel press system with motion adjustable 裡得知

4、3-1-3.運(yùn)動(dòng)分析等效步驟1.以輸入圓盤鍵槽半徑，分別以d點(diǎn)及o點(diǎn)繪圓弧交於c點(diǎn)，則dc即為等效四連桿組之輸入桿。2.以輸出圓盤鍵槽半徑，分別以a及o點(diǎn)繪圓弧交於b點(diǎn)，則ab即為等效四連桿組之輸出桿3. cb即為耦桿 3-1-4.運(yùn)動(dòng)分析歐丹等效四連桿之機(jī)構(gòu)簡圖3-1-5.運(yùn)動(dòng)分析 iiifo1foif1oiiff1ooiif* r 、 為已知數(shù)r = dc ， r = cb ， r = ab ， r = da1. 桿r、桿r角位移分析2.向量迴路方程式 ： r +r -r -r =03.分量方程式 ： rcos +rcos -r -r cos =0 rsin +rsin foo-r sin

5、 =03-1-6.運(yùn)動(dòng)分析 -1o22-1iioof1iioo4.整理後，我們得到c4-1. = cosa +b-rsin +r sin4-2. =tanr -rcos +r cos3-1-7.運(yùn)動(dòng)分析 foif1oiiff1ooiiffoo5.桿r、桿r 速度分析6.向量迴路方程式 ： r +r -r -r =07.分量方程式 ： rcos +rcos -r -r cos =0 rsin +rsin -r sin =03-1-8.運(yùn)動(dòng)分析iiifffoooiiifffoooiiofifofiifooof8.對(duì)時(shí)間微分一次 ： -rsin -rsin +r sin =0 rcos +rcos

6、-r cos =0rsin -9.利用cramers rule 得： =rsin -rsin - =r sin -i3-1-9.運(yùn)動(dòng)分析 fciqcciiqqciqcciiqqcccccc10.桿r質(zhì)心速度分析11.對(duì)時(shí)間微分一次 ： r sin = r sin +r sin r cos = r cos +r cosr sin 、 r cos 分別為質(zhì)心速度的y分量、x分量3-1-10.運(yùn)動(dòng)分析cqiiqciccqiciqiqcq12. 其中 、 均為未知數(shù)rsin -利用cramers rule 得： =r sin -rsin - =r sin -3-2-1.動(dòng)力分析111222i1f1o1

7、f112i2f2o2f21.依據(jù)能量不滅定律t +u +w= t +u (只有浮盤才有位能)推導(dǎo)出下列公式：t +t +t +u +w= t +t +t +u3-2-2.動(dòng)力分析12ifof1. w ：對(duì)外做功2. t ：輸入盤動(dòng)能3. t ：浮盤動(dòng)能4. t：輸出盤動(dòng)能5. u：浮盤位能3-2-3.動(dòng)力分析ii2i1ff2f1oo2o1ff2f1ifof122.其中t = t -tt = t -tt = t -tu = u-ut +t +t +u +w=03-2-4.動(dòng)力分析ifof1. t ：輸入盤動(dòng)能變化量2. t ：浮盤動(dòng)能變化量3. t：輸出盤動(dòng)能變化量4. u：浮盤位能變化3-2-

8、5.動(dòng)力分析ifo222222iiii iiffff ff22oooooo3.總動(dòng)能變化量：t =t +t +t114.依據(jù)動(dòng)能公式 t =i +mv 我們可得到221111t =i ()+m v (x ) +i ()+m v (x )222211 +i ()+m v (x )223-2-6.動(dòng)力分析222iiiffff ff2ooo輸入與輸出盤沒有平移運(yùn)動(dòng)，平移動(dòng)能為0111t =i () +i ()+m v (x )2221 +i ()23-2-7.動(dòng)力分析1. t：總動(dòng)能變化量2. i：慣性矩3. ：角速度4. ：角位移3-2-8.動(dòng)力分析ffff5.總位能變化：u =u6.依據(jù)位能公式 u = mgh 我們可得到u = m gh (x )3-2-9.動(dòng)力分析1.u：總位能變化2.m：質(zhì)量3.v：質(zhì)心速度4.x：質(zhì)心位移5.h： 高度3-2-10.動(dòng)力分析121212io12iioo7.對(duì)外作功：w=-w +w8.依據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作功公式 w = 我們可得到w=-+3-2-11.動(dòng)力分析ioii1. ：輸入盤扭矩2. ：輸出盤扭矩3.w ： 輸入盤所作之功4.w ： 輸入盤所作之功3-2-12.動(dòng)力分析由於式子過於攏長，在此就不將完整公式寫出來1212i