機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)課件

第六章機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)第六章機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)1目錄6.1概述

6.2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6.3機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二----機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)考慮方法6.3可靠性、安全性設(shè)計(jì)目錄6.1概述26-1概述6-1概述3工作臺(tái)電機(jī)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)器信息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）動(dòng)力源傳感器數(shù)控機(jī)床的基本構(gòu)成工作臺(tái)電機(jī)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)器信息處理系統(tǒng)動(dòng)力源傳感器數(shù)控機(jī)床的基4機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)課件5機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程是機(jī)電有機(jī)結(jié)合即機(jī)電參數(shù)相互匹配的過(guò)程。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程是機(jī)電有機(jī)結(jié)合即6設(shè)計(jì)步驟：1、了解被控對(duì)象的特點(diǎn)和對(duì)系統(tǒng)的具體要求，制定出系統(tǒng)的控制方案；設(shè)計(jì)步驟：1、了解被控對(duì)象的特點(diǎn)和對(duì)系統(tǒng)的具體要求，制定出系7方案包括：系統(tǒng)主要元部件的種類(lèi)各部分之間的聯(lián)接方式系統(tǒng)的控制方式所需能源形式校正補(bǔ)償方法信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式等。方案包括：系統(tǒng)主要元部件的種類(lèi)82、進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算包括：使輸出參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求；執(zhí)行元件的參數(shù)選擇；功率（或轉(zhuǎn)矩）的匹配及過(guò)載能力的驗(yàn)算；2、進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算包括：9主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)；信號(hào)的有效傳遞；各級(jí)增益的分配；各級(jí)之間阻抗的匹配和抗干擾措施。主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)；103、確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要是設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置4、進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算5、試驗(yàn)與調(diào)試3、確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要是設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置4、進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算116-2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6-2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12數(shù)控機(jī)床機(jī)械進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)模型MjnkniFjvjJi、Ti數(shù)控機(jī)床機(jī)械進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)模型MjnkniFjvjJi、T13一、負(fù)載分析1、確定系統(tǒng)負(fù)載系統(tǒng)負(fù)載包括：慣性負(fù)載外力負(fù)載彈性負(fù)載摩擦負(fù)載等一、負(fù)載分析1、確定系統(tǒng)負(fù)載142、負(fù)載的等效換算目的：將系統(tǒng)全部負(fù)載折算到電機(jī)軸上，以確定所選電機(jī)的最大輸出。2、負(fù)載的等效換算目的：15系統(tǒng)由m個(gè)移動(dòng)部件和n個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件組成Mj、Vj、Fj分別為第i移動(dòng)部件的質(zhì)量（kg）、運(yùn)動(dòng)速度（m/min)和所受的負(fù)載力（N）MjnkniFjvjJi、TiJi、ni、Ti分別為轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2)轉(zhuǎn)速（r/min)和所受負(fù)載力矩（N.m）系統(tǒng)由m個(gè)移動(dòng)部件和n個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件組成MjnkniFj16（1）求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能總和為：等效到電機(jī)軸上的總動(dòng)能為：（1）求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能總和為：等效到電機(jī)軸17根據(jù)能量守恒定理E=Ek，則根據(jù)能量守恒定理E=Ek，則18工作臺(tái)速度vj的計(jì)算：1）齒輪齒條傳動(dòng)m——齒輪模數(shù)Z——齒輪齒數(shù)n——齒輪轉(zhuǎn)速工作臺(tái)速度vj的計(jì)算：1）齒輪齒條傳動(dòng)m——齒輪模數(shù)192）絲杠傳動(dòng)：vj-------工作臺(tái)的移動(dòng)速度（m/min）L0------絲杠的基本導(dǎo)程（m）nj-------絲杠的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/min）2）絲杠傳動(dòng)：vj-------工作臺(tái)的移動(dòng)速度（m/min20（2）等效力矩的計(jì)算T的計(jì)算系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)克服負(fù)載作的功的總和為：折算到電機(jī)軸的功為：（2）等效力矩的計(jì)算T的計(jì)算系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)克服負(fù)載作的21等效力矩為：等效力矩為：22例：設(shè)一進(jìn)給系統(tǒng)如下圖所示，電機(jī)從靜止加速到1500r/min所需時(shí)間為30ms，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60MA=300kgL0=6mm12FL=510.5NZ1Z2Z3Z4軸1,軸2絲杠JC電機(jī)JmJ(kg.cm2)0.11.60.23.20.04122.24nkn1n2例：設(shè)一進(jìn)給系統(tǒng)如下圖所示，電機(jī)從靜止加速到1500r/mi231）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm121）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z424等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=625JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm1226系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=3.7525kg.cm2系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=3.7525kg.cm2272）等效力矩的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12FL=510.52）等效力矩的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=628=1.965(N.m)=1.965(N.m)29系統(tǒng)的等效力矩為：=2.09(N.m)系統(tǒng)的等效力矩為：=2.09(N.m)30二、執(zhí)行元件的匹配選擇盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化商品；二、執(zhí)行元件的匹配選擇盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化商品；31執(zhí)行元件的選擇步驟：1、確定執(zhí)行元件的類(lèi)型2、選擇與被控對(duì)象及其負(fù)載相匹配的執(zhí)行元件。執(zhí)行元件的選擇步驟：1、確定執(zhí)行元件的類(lèi)型32（1）系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配執(zhí)行元件輸出軸上總轉(zhuǎn)矩包括：等效負(fù)載力矩[T]等效慣性負(fù)載力矩（1）系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配執(zhí)行元件輸出軸上總轉(zhuǎn)矩包括：33電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為：

T∑=[T]

+T慣電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為：T∑=[T]+T慣34考慮到機(jī)械系統(tǒng)效率時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為：T’∑=T∑/

(---機(jī)械系統(tǒng)總的傳動(dòng)效率）考慮到機(jī)械系統(tǒng)效率時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為35若選擇步進(jìn)電機(jī)，為滿(mǎn)足電機(jī)在帶負(fù)載時(shí)能正常啟動(dòng)和定位停止，要求：若選擇步進(jìn)電機(jī)，為滿(mǎn)足電機(jī)在帶負(fù)載時(shí)能正常啟36步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有下列關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)相數(shù)345拍數(shù)36485100.50.8660.7070.7070.8090.951所選步進(jìn)電機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有下列關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)相37例如假設(shè)所選電機(jī)為三相六拍電機(jī)，步距角為0.750,Tmax≥2.5(N.m)查表3-8，選擇型號(hào)為110BF004的步進(jìn)電機(jī)。進(jìn)行校驗(yàn)。例如假設(shè)所選電機(jī)為三相六拍電機(jī)，步距角為0.382、系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配

（直流、交流伺服電機(jī)）P-------預(yù)選電機(jī)的估算功率Pnmax---電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min)max---電機(jī)的最高角加速度(rad/s)-------考慮電機(jī)、減速器等的功率系數(shù)式中：2、系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配

（直流、交流伺服電機(jī)39驗(yàn)算（1）過(guò)熱驗(yàn)算當(dāng)負(fù)載力矩為變量時(shí)，應(yīng)用等效法求其等效轉(zhuǎn)矩Tdx,在電機(jī)激磁磁通近似不變時(shí)：t1、t2….時(shí)間間隔在此時(shí)間間隔內(nèi)的負(fù)載力矩分別為T(mén)1、T2。。驗(yàn)算（1）過(guò)熱驗(yàn)算t1、t2….時(shí)間間隔40所選電機(jī)的不過(guò)熱條件為：nN---電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/min)TN---電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩(N.m)PN---電機(jī)的額定功率（W）Pdx---由等效轉(zhuǎn)矩Tdx換算的電機(jī)功率所選電機(jī)的不過(guò)熱條件為：nN---電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/41（2）過(guò)載驗(yàn)算T∑max-----瞬時(shí)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN-------電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩K---------為電機(jī)的過(guò)載系數(shù)（2）過(guò)載驗(yàn)算T∑max-----瞬時(shí)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩42三、減速比的匹配選擇與各級(jí)減速比的分配減速比主要根據(jù)負(fù)載特性、脈沖當(dāng)量和系統(tǒng)的綜合要求來(lái)選擇確定。在設(shè)計(jì)中供參考用三、減速比的匹配選擇與各級(jí)減速比的分配減速比主要根據(jù)負(fù)載特性431、使加速度最大的選擇方法TLF---負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm---額定轉(zhuǎn)矩JL---負(fù)載慣量Jm----電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1、使加速度最大的選擇方法TLF---負(fù)載轉(zhuǎn)矩442、最大輸出速度選擇方法

f1---電機(jī)的粘性摩擦系數(shù)

f2---負(fù)載的粘性摩擦系數(shù)2、最大輸出速度選擇方法f1---電機(jī)的粘性摩擦系數(shù)453、滿(mǎn)足基本傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇方法----步進(jìn)電機(jī)步距角L0---絲杠螺距----系統(tǒng)脈沖當(dāng)量3、滿(mǎn)足基本傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇方法----步進(jìn)電機(jī)步距角46四、檢測(cè)傳感裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換接口電路、

放大裝置和電源等的匹配選擇與設(shè)計(jì)四、檢測(cè)傳感裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換接口電路、

放大裝置和47伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及要求出發(fā)，選定執(zhí)行元件和傳動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及要求出發(fā)482）從系統(tǒng)的精度要求出發(fā)，選擇和設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置及信號(hào)的前向和后向通道2）從系統(tǒng)的精度要求出發(fā)，選擇和設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置及信號(hào)的前向和后49伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男Ｕa(bǔ)償裝置；完善電源電路及其它輔助電路。伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男Ｕa(bǔ)償裝置；501、檢測(cè)傳感裝置的要求滿(mǎn)足傳感器的基本要求；信號(hào)的轉(zhuǎn)換要迅速及時(shí)，信噪比大；裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量??；性能要穩(wěn)定可靠等。1、檢測(cè)傳感裝置的要求滿(mǎn)足傳感器的基本要求；512、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的要求盡量選用商品化的集成電路要有足夠的輸入/輸出通道要與傳感器輸出阻抗的匹配和與放大器的輸入阻抗符合要求。2、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的要求盡量選用商品化的集成電路524、伺服系統(tǒng)放大器的設(shè)計(jì)與選用1）輸出阻抗小，效率高，時(shí)間常數(shù)??；2）應(yīng)為執(zhí)行元件的運(yùn)行狀態(tài)提供適宜條件；4、伺服系統(tǒng)放大器的設(shè)計(jì)與選用1）輸出阻抗小，效率高，時(shí)間常533）放大器應(yīng)有足夠的線(xiàn)性范圍，以保證執(zhí)行元件的容量得以正常發(fā)揮；4）輸入級(jí)的阻抗要大，以減輕檢測(cè)傳感裝置的負(fù)荷；3）放大器應(yīng)有足夠的線(xiàn)性范圍，以保證執(zhí)行元件的容量得以正常發(fā)545）放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠，便于調(diào)整。5）放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠，便于調(diào)整。555、對(duì)伺服系統(tǒng)的電源的要求所有電源應(yīng)具有足夠的保護(hù)措施；要有為系統(tǒng)服務(wù)的自檢電路、顯示與操作裝置。5、對(duì)伺服系統(tǒng)的電源的要求所有電源應(yīng)具有足夠的保護(hù)措施；56五、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及主諧振頻率的計(jì)算步驟：1）繪制系統(tǒng)框圖2）建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)3）確定系統(tǒng)主振頻率五、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及主諧振頻率的計(jì)算步驟：1）繪制系統(tǒng)框571、半閉環(huán)控制方式電機(jī)工作臺(tái)功放前置放大vi(t)+測(cè)速發(fā)電機(jī)滾珠絲杠i1i2i(t)位移檢測(cè)器用滾珠絲杠出動(dòng)工作臺(tái)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)1、半閉環(huán)控制方式電機(jī)工作臺(tái)功放前置vi(t)+測(cè)速發(fā)電機(jī)58電機(jī)工作臺(tái)功放前置放大vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系統(tǒng)框圖電機(jī)工作臺(tái)功放前置vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)59系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系統(tǒng)框圖其中：K=KKAKm/i1系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：Vi(s)G1G2G3G4G7G5G6-+602、全閉環(huán)系統(tǒng)控制方式2、全閉環(huán)系統(tǒng)控制方式61系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：623、工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的主諧振頻率3、工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的主諧振頻率63主諧振頻率為式中：[J]m----系統(tǒng)等效到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量K-------機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度主諧振頻率為式中：[J]m----系統(tǒng)等效到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)64機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度K：系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度的倒數(shù)等于各傳動(dòng)元件折算到電機(jī)軸的剛度的倒數(shù)之和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度K：系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度65IIIIIIJ1----第I根軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0----除了第I根軸外系統(tǒng)其它傳動(dòng)部件等效到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IIIIIIJ1----第I根軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量66例：直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全閉環(huán)系統(tǒng)如下圖所示。2000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm1200prm微機(jī)速度環(huán)位置環(huán)檢測(cè)傳感器例：直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全閉環(huán)系統(tǒng)如下圖所示。2000N電67已知系統(tǒng)如下參數(shù)，求該機(jī)械系統(tǒng)的主諧振頻率：直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1200(r/min)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=2×10-4(kgm2);齒輪箱減速比i=3,z1=17,z2=51,模數(shù)m=2，齒輪寬度B=15(mm),滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m,基本導(dǎo)程l0=12mm，絲杠轉(zhuǎn)速ns=400r/min，工作臺(tái)移動(dòng)部件總質(zhì)量W=2000N,最大進(jìn)給速度為4.8m/min，已知系統(tǒng)如下參數(shù)，求該機(jī)械系統(tǒng)的主諧振頻率：直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)682000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm2000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm69轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算式：式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)體的直徑(m)B—轉(zhuǎn)動(dòng)體的寬度(m)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算式：式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)體的直徑(m)70齒輪箱減速比i=3,z1=17,z2=51,模數(shù)m=2，齒輪寬度B=15(mm)齒輪箱減速比i=3,z1=17,z2=51,模數(shù)m=2，齒輪71滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m72=2.599×10-3(kg.m2)=2.599×10-3(kg.m2)732000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算：2000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm74扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算式式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑(m)l---轉(zhuǎn)動(dòng)軸的變形長(zhǎng)度(m)G---鋼的彈性模量(G=8.1×1010Pa)扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算式式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑(m)75設(shè)電機(jī)軸的輸出直徑dm=25mm,變形長(zhǎng)為100mm設(shè)電機(jī)軸的輸出直徑dm=25mm,變形長(zhǎng)為100mm76滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m77機(jī)械系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度機(jī)械系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度78機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度引起的主諧振頻率為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度引起的主諧振頻率為796-3機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二

-----機(jī)電一體化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的考慮方法一、概述6-3機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二

-----機(jī)電一體化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)80動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）選擇系統(tǒng)的控制方式和校正形式；動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）選擇系統(tǒng)的控制方式和校正形式；81機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的控制方式有:反饋控制方式前饋和反饋相結(jié)合的復(fù)合控制方式機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的控制方式有:反饋控制方式82機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的校正方式有:機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的校正方式有:83串聯(lián)校正：Gc(s)G

(s)H(s)Xi(s)Xo(s)串聯(lián)校正：Gc(s)G(s)H(s)Xi(s)Xo(s)84反饋校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G1(s)G3(s)反饋校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G85前饋校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)H(s)Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)N(s)Xi(s)H(s)前饋校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)86校正方式取決于系統(tǒng)中信號(hào)的性質(zhì)、技術(shù)方便程度、可供選擇的元件、其它性能要求（抗干擾性、環(huán)境適應(yīng)性等）、經(jīng)濟(jì)性等諸因素。校正方式取決于系統(tǒng)中信號(hào)的性質(zhì)、技術(shù)方便程度、872）設(shè)計(jì)校正裝置有源校正無(wú)源校正Cui(t)uo(t)R1R2無(wú)源校正+CRi1(t)ui(t)uo(t)i2(t)a有源校正2）設(shè)計(jì)校正裝置有源校正Cui(t)uo(t)R1R2無(wú)源校883）將校正裝置有效地聯(lián)接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)階段所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中去，滿(mǎn)足系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。3）將校正裝置有效地聯(lián)接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)階段所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中去，滿(mǎn)足89工程上常用對(duì)數(shù)頻率法即借助Bode圖（對(duì)數(shù)頻率特性圖）和根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程上常用對(duì)數(shù)頻率法即借助Bode圖（對(duì)數(shù)頻率特性圖）90二、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)三大特性：穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性二、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)三大特性：91頻域性能指標(biāo)：穩(wěn)定性指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差ess動(dòng)態(tài)性指標(biāo)：快速性指標(biāo)：c穩(wěn)定性指標(biāo)：

(c)和Kg(g)頻域性能指標(biāo)：穩(wěn)定性指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差ess92開(kāi)環(huán)增益越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越?。虎俦娶诜€(wěn)態(tài)誤差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12開(kāi)環(huán)增益越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越??；①比②穩(wěn)態(tài)誤差小0L()93起始段斜率越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越??；①比②穩(wěn)態(tài)誤差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12起始段斜率越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越??；①比②穩(wěn)態(tài)誤差小0L(94穿越頻率c越大，系統(tǒng)的快速性越好。①比②快速性差20L()/dB0-20-40c11/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)c21穿越頻率c越大，系統(tǒng)的快速性越好。①比②快速性差20L(95相位裕量

(c)或幅值裕量Kg(g)越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。

(c)-Kg0L()/dB0-20c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)

(rad/s)g-40該系統(tǒng)穩(wěn)定。相位裕量(c)或幅值裕量Kg(g)越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)定96①比②穩(wěn)定性好0-180°0°90°L()/dB()0-20c2

(c2)-90°-270°-60+20

(rad/s)

(c1)c112①比②穩(wěn)定性好0-180°0°90°L()/dB()0971、PID調(diào)節(jié)器及其傳遞函數(shù)常用有源校正網(wǎng)絡(luò)作為PID調(diào)節(jié)器。)11()(sTsTKsGdipc++=校正傳函為：比例P微分I積分D1、PID調(diào)節(jié)器及其傳遞函數(shù)常用有源校正網(wǎng)絡(luò)作為PID調(diào)節(jié)器98（1）比例調(diào)節(jié)（P）+R1ui(t)uo(t)aR2（1）比例調(diào)節(jié)（P）+R1ui(t)uo(t)aR299比例校正函數(shù)Bode圖：-180°-90°0°

()L()dB0

(rad/s)K>0K<0比例校正函數(shù)Bode圖：-180°-90°0°()L(100（2）PI調(diào)節(jié)+CR1ui(t)uo(t)aR2（2）PI調(diào)節(jié)+CR1ui(t)uo(t)aR2101PI校正函數(shù)Bode圖（設(shè)KP=1）：0L()/dB-180°-90°0°()

(rad/s)PI校正裝置：Kp＝11/TiPI校正函數(shù)Bode圖（設(shè)KP=1）：0L()/dB-1102（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(t)uo(t)a（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(103PD校正Bode圖（設(shè)KP=1）0-180°0°90°L()/dB()01/Td-90°-270°

(rad/s)PD校正裝置PD校正裝置PD校正Bode圖（設(shè)KP=1）0-180°0°90°L(104（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2105PID校正Bode圖：L()()0-2090o0o-90oPID校正Bode圖：L()()0-2090o0o1062、PID調(diào)節(jié)作用分析（1）比例調(diào)節(jié)作用2、PID調(diào)節(jié)作用分析（1）比例調(diào)節(jié)作用1071）Kp>1開(kāi)環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)1）Kp>1開(kāi)環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小；-180°-90°0108幅值穿越頻率增大，系統(tǒng)的快速性提高-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)幅值穿越頻率增大，系統(tǒng)的快速性提高-180°-90°0°109系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差；-180°-90°0°()L()0110只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用比例控制。只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用比例1112）Kp<1與Kp>1時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反2）Kp<1與Kp>1時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反112（2）PI調(diào)節(jié)的作用系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善。相位裕量減小，穩(wěn)定程度變差。0L()/dB未校正-180°-90°0°()1(c)未校正

(rad/s)cPI校正裝置：Kp＝11/Ti已校正2(c)已校正（2）PI調(diào)節(jié)的作用系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善。0L()/113（3）PD校正的作用：相位裕量增加，穩(wěn)定性提高；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40（3）PD校正的作用：相位裕量增加，穩(wěn)定性提高；0-180°114c增大，快速性提高；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40c增大，快速性提高；0-180°0°90°L()/dB115Kp＝1時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能沒(méi)有變化；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40Kp＝1時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能沒(méi)有變化；0-180°0°90°L116高頻段增益上升，可能導(dǎo)致執(zhí)行元件輸出飽和，并且降低了系統(tǒng)抗干擾的能力。0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40高頻段增益上升，可能導(dǎo)致執(zhí)行元件輸出飽和，并且降低了系統(tǒng)抗干117（4）PID校正的作用：在低頻段，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；在中頻段，有效地提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。由于含有微分作用，在要求響應(yīng)快的系統(tǒng)或噪聲比較大的系統(tǒng)不宜采用（4）PID校正的作用：在低頻段，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；1183、速度反饋校正x0(t)t無(wú)控制機(jī)電伺服系統(tǒng)中電機(jī)的輸出圖P校正PI校正3、速度反饋校正x0(t)t無(wú)控制機(jī)電伺服系統(tǒng)中電機(jī)的輸出圖119為了改善電機(jī)的性能，常采用電流負(fù)反饋或速度負(fù)反饋。（如加入測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行速度反饋）為了改善電機(jī)的性能，常采用電流負(fù)反饋或速度負(fù)反饋120測(cè)速發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為：測(cè)速發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為：121二階系統(tǒng)：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：二階系統(tǒng)：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)閉環(huán)傳遞函數(shù)122采用速度反饋校正后：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)TdsGc(s)+閉環(huán)傳遞函數(shù)為：采用速度反饋校正后：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)T123校正前傳遞函數(shù)：超調(diào)量增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度增加，但快速性降低。校正后的傳遞函數(shù)：校正前傳遞函數(shù)：超調(diào)量增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度增加，124局部反饋校正的優(yōu)點(diǎn)：1）反饋校正所用信號(hào)的功率水平較高，不需要放大；2）當(dāng)|G(s)H(s)>>1時(shí)，局部反饋部分的等效傳遞函數(shù)為：可改善系統(tǒng)性能的目的。局部反饋校正的優(yōu)點(diǎn)：1）反饋校正所用信號(hào)的功率水平較高，不需125三、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形對(duì)系統(tǒng)的影響由傳動(dòng)裝置的彈性變形而產(chǎn)生的振動(dòng)，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)諧振（或機(jī)械諧振）；三、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形對(duì)系統(tǒng)的影響由傳動(dòng)126當(dāng)結(jié)構(gòu)諧振頻率落到系統(tǒng)工作帶寬以?xún)?nèi)時(shí)，將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩而無(wú)法工作，，或使機(jī)構(gòu)損壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)諧振頻率落到系統(tǒng)工作帶寬以?xún)?nèi)時(shí)，127閉環(huán)系統(tǒng)基本上不會(huì)受結(jié)構(gòu)諧振的影響，但結(jié)構(gòu)諧振對(duì)被控對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)還是有影響的。閉環(huán)系統(tǒng)基本上不會(huì)受結(jié)構(gòu)諧振的影響，但1282、減小或消除結(jié)構(gòu)諧振的措施主要是增加傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度減小負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量合理的結(jié)構(gòu)布置。（1）提高傳動(dòng)剛度方法：2、減小或消除結(jié)構(gòu)諧振的措施主要是增加傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度（1）提129（2）提高機(jī)械阻尼采用粘性聯(lián)軸器或在負(fù)載端設(shè)置液壓阻尼器或電磁阻尼器。（2）提高機(jī)械阻尼采用粘性聯(lián)軸器或在130（3）采用校正網(wǎng)絡(luò)（4）應(yīng)用綜合速度反饋減小諧振（3）采用校正網(wǎng)絡(luò)（4）應(yīng)用綜合速度反饋減小諧振1316-4可靠性、安全性設(shè)計(jì)一、可靠性設(shè)計(jì)1、可靠性的基本概念

是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。6-4可靠性、安全性設(shè)計(jì)一、可靠性設(shè)計(jì)132可靠性的概念包含產(chǎn)品的無(wú)故障性和耐久性?xún)煞矫娴暮x可靠性的概念包含產(chǎn)品的無(wú)故障性和耐久性1332、保證產(chǎn)品可靠性的方法這是提高可靠性的最根本的方法；（1）提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量2、保證產(chǎn)品可靠性的方法這是提高可靠性的最根本的方法；（1）134采取的方法有：裕度法主要對(duì)關(guān)鍵性的產(chǎn)品采用。1）裕度法2）自動(dòng)控制法采取的方法有：裕度法主要對(duì)關(guān)鍵性的產(chǎn)品采用。1）裕度法135裕度法：KR-----可靠性?xún)?chǔ)備系數(shù)Ylim----某一輸出參數(shù)Y在極限條件下達(dá)到的極值Ymax---某一輸出參數(shù)Y達(dá)到失效時(shí)的參數(shù)值當(dāng)KR>1，稱(chēng)為具有可靠性?xún)?chǔ)備裕度法：KR-----可靠性?xún)?chǔ)備系數(shù)當(dāng)KR>1，稱(chēng)為具有可靠136可靠性?xún)?chǔ)備系數(shù)也可按下式計(jì)算：Y’為Y值不超過(guò)極限范圍的概率為時(shí)的值可靠性?xún)?chǔ)備系數(shù)也可按下式計(jì)算：Y’為Y值不超過(guò)極限范圍的概率137自動(dòng)控制使產(chǎn)品具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能。自動(dòng)控制使產(chǎn)品具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自138應(yīng)規(guī)定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件、維護(hù)保養(yǎng)條件和操作規(guī)程，以保證產(chǎn)品在使用階段的可靠性的問(wèn)題。應(yīng)規(guī)定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件、維護(hù)保養(yǎng)條件和139（2）冗余技術(shù)又稱(chēng)為儲(chǔ)備技術(shù)，它是利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的一種手段。（2）冗余技術(shù)又稱(chēng)為儲(chǔ)備技術(shù)，它是利140包括：工作冗余后備冗余包括：工作冗余141工作冗余：是一種兩個(gè)或兩個(gè)以上單元并行工作的并聯(lián)模型。采用工作冗余時(shí)，只有當(dāng)所有的單元都失效時(shí)系統(tǒng)才會(huì)失效；工作冗余：是一種兩個(gè)或兩個(gè)以上單元并142后備冗余又稱(chēng)非工作儲(chǔ)備或待機(jī)儲(chǔ)備。

采用后備冗余時(shí)，系統(tǒng)必須設(shè)置失效檢測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置。后備冗余又稱(chēng)非工作儲(chǔ)備或待機(jī)儲(chǔ)備。采用后備冗143設(shè)計(jì)時(shí)選擇冗余方法的原則：1）失效檢測(cè)和轉(zhuǎn)換裝置的可靠性絕對(duì)可靠，則選擇后備冗余不絕對(duì)可靠，就寧可采用工作冗余法；設(shè)計(jì)時(shí)選擇冗余方法的原則：1）失效檢測(cè)和轉(zhuǎn)換裝置的可靠性1442）產(chǎn)品性能的要求必須由多個(gè)單元同時(shí)完成同一工作的，就不能采用工作冗余法；2）產(chǎn)品性能的要求必須由多個(gè)單元同時(shí)1453）環(huán)境條件和工作條件的影響如溫升、系統(tǒng)電源的影響3）環(huán)境條件和工作條件的影響如溫升、系統(tǒng)電源的影響1464）引起失效的可能原因冗余技術(shù)能大大提高由于隨機(jī)原因引起的失效；但對(duì)由于應(yīng)力所引起的失效無(wú)效。4）引起失效的可能原因冗余技術(shù)能大大147如果某一環(huán)境條件是使并聯(lián)各單元失效的共同因素，則冗余單元也不可靠。如果某一環(huán)境條件是使并聯(lián)各單元失效的共148通常機(jī)械系統(tǒng)常采用裕度法來(lái)提高可靠性；電氣系統(tǒng)常采用冗余技術(shù)來(lái)提高可靠性。通常機(jī)械系統(tǒng)常采用裕度法來(lái)提高可靠性；1495）經(jīng)濟(jì)上的可行性和產(chǎn)品的體積和重量等因素。5）經(jīng)濟(jì)上的可行性和產(chǎn)品的體積和重量等因素。150（3）診斷技術(shù)任務(wù)：1）出現(xiàn)故障時(shí)，迅速確定故障的種類(lèi)和位置；2）在故障尚未發(fā)生時(shí)，確定產(chǎn)品中有關(guān)元器件距離極限狀態(tài)的程度，采用維護(hù)措施或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，防止發(fā)生故障。（3）診斷技術(shù)任務(wù)：151診斷過(guò)程是：1、測(cè)試診斷對(duì)象，得出診斷信號(hào)2、將診斷信號(hào)分析得到異常信號(hào)3、將異常信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行分析4、確定故障的種類(lèi)和故障位置診斷過(guò)程是：1、測(cè)試診斷對(duì)象，得出診斷信號(hào)1521）測(cè)試是在故障出現(xiàn)之前進(jìn)行的在在故障發(fā)生之后進(jìn)行的診斷測(cè)試故障監(jiān)測(cè)1）測(cè)試是在故障出現(xiàn)之前進(jìn)行的在在故障發(fā)生之后進(jìn)行的診斷1532）征兆直接征兆間接征兆2）征兆直接征兆154直接征兆：在檢測(cè)產(chǎn)品的輸出參數(shù)時(shí)取得的異常性診斷信號(hào)。直接征兆：在檢測(cè)產(chǎn)品的輸出參數(shù)時(shí)取得的異155間接征兆：從那些與產(chǎn)品工作能力存在函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)中取出的異常性診斷信號(hào)。間接征兆：從那些與產(chǎn)品工作能力存在函1563）診斷將測(cè)試取得的診斷信號(hào)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，或利用事先確定的征兆與故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定故障的種類(lèi)與部位。3）診斷將測(cè)試取得的診斷信號(hào)與設(shè)定的157

裕度法主要是一種改進(jìn)硬件的措施；

自動(dòng)控制法及冗余技術(shù)和診斷技術(shù)是用硬件、軟件或兩者結(jié)合來(lái)保證產(chǎn)品可靠性的措施。裕度法主要是一種改進(jìn)硬件的措施；1583、干擾和抗干擾措施檢測(cè)傳感器整流電源供電干擾控制器I/O輻射干擾轉(zhuǎn)換接口執(zhí)行元件強(qiáng)電干擾輻射干擾接地干擾干擾渠道示意圖3、干擾和抗干擾措施檢測(cè)傳感器整流電源供電干擾控制器I/O輻159（1）干擾源（1）干擾源160（2）抗干擾措施1）供電系統(tǒng)的抗干擾措施穩(wěn)壓、濾波、隔離在可靠性要求很高的地方，可采用不間斷電源（UPS）（2）抗干擾措施1）供電系統(tǒng)的抗干擾措施穩(wěn)壓、濾波、隔離1612）接口電路的抗干擾措施首先采取吸收的方法，抑制其產(chǎn)生；然后采用隔離的方法，阻斷其傳導(dǎo)。2）接口電路的抗干擾措施首先采取吸收的方法，抑制其產(chǎn)生；162驅(qū)動(dòng)接口的光電隔離措施驅(qū)動(dòng)接口的光電隔離措施163差動(dòng)式運(yùn)算放大器抗干擾原理R2R3UiUp_+R1Ru輸出信號(hào)U0差動(dòng)式運(yùn)算放大器抗干擾原理R2R3UiUp_R1Ru輸出信號(hào)164近距離數(shù)字信號(hào)抗干擾接口電路近距離數(shù)字信號(hào)抗干擾接口電路1653）接地系統(tǒng)的抗干擾措施主要是切斷接地環(huán)路①單點(diǎn)接地②并聯(lián)接地③光電隔離通常采用的措施有：3）接地系統(tǒng)的抗干擾措施主要是切斷接地環(huán)路①單點(diǎn)接地通常采166單點(diǎn)接地系統(tǒng)變送接口屏蔽層單點(diǎn)接地系統(tǒng)變送屏蔽層167并聯(lián)接地系統(tǒng)CRT控制器打印機(jī)接口整流電流～并聯(lián)接地系統(tǒng)CRT控制器打印機(jī)接口整流～1684、軟件的可靠性技術(shù)措施包括：1）增加系統(tǒng)信息管理的軟件；2）利用軟件冗余，防止信息的輸入/輸出過(guò)程及傳送過(guò)程中出錯(cuò)；（1）利用軟件來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性4、軟件的可靠性技術(shù)措施包括：1）增加系統(tǒng)信息管理的軟件；21693）編制診斷程序4）用軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度3）編制診斷程序4）用軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度170（2）提高軟件的可靠性措施：1）程序分段和層次結(jié)構(gòu)2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于修改和擴(kuò)充，故障少；3）提高可測(cè)試性設(shè)計(jì)；（2）提高軟件的可靠性措施：1）程序分段和層次結(jié)構(gòu)2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)171二、安全性設(shè)計(jì)從工業(yè)安全角度來(lái)看，要減少生產(chǎn)事故的發(fā)生，在很大程度上寄希望發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)。二、安全性設(shè)計(jì)從工業(yè)安全角度來(lái)看，要減少生產(chǎn)事故的發(fā)生172（1）工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生事故的原因（1）工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生事故的原因173表現(xiàn)在：1）對(duì)機(jī)器人的可靠性還較低的認(rèn)識(shí)不足2）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與人有密切聯(lián)系3）機(jī)器人的手臂在三維空間運(yùn)動(dòng)的，沒(méi)有在整體上充分考慮安全保護(hù)措施。表現(xiàn)在：1）對(duì)機(jī)器人的可靠性還較低的認(rèn)識(shí)不足174（2）工業(yè)機(jī)器人的安全措施1）安裝安全柵2）安裝監(jiān)視器3）安裝防越程裝置4）安裝警視燈5）安裝緊急停止裝置6）低速示教（2）工業(yè)機(jī)器人的安全措施1）安裝安全柵175機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化還存在如下問(wèn)題：1）由于機(jī)械設(shè)備的高度自動(dòng)化和大型化，以及控制的軟件化，不可能從外觀上了解自動(dòng)化機(jī)械的動(dòng)作，操作者處理異常情況比較困難；機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化還存在如下問(wèn)題：1）由于機(jī)械設(shè)備的1762）由于許多自動(dòng)化機(jī)械與非自動(dòng)化機(jī)械的混合使用，因而事故較多，難以制定對(duì)策，以確保安全；2）由于許多自動(dòng)化機(jī)械與非自動(dòng)化機(jī)械的混合使用，因而事故較多1773）異常情況的處理是由人來(lái)完成的，而自動(dòng)化設(shè)備并未充分考慮人的存在，在排除故障是容易發(fā)生安全問(wèn)題。3）異常情況的處理是由人來(lái)完成的，而自動(dòng)化設(shè)備并未充分考慮人178第六章機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)第六章機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)179目錄6.1概述

6.2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6.3機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二----機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)考慮方法6.3可靠性、安全性設(shè)計(jì)目錄6.1概述1806-1概述6-1概述181工作臺(tái)電機(jī)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)器信息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）動(dòng)力源傳感器數(shù)控機(jī)床的基本構(gòu)成工作臺(tái)電機(jī)執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)器信息處理系統(tǒng)動(dòng)力源傳感器數(shù)控機(jī)床的基182機(jī)電有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計(jì)課件183機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程是機(jī)電有機(jī)結(jié)合即機(jī)電參數(shù)相互匹配的過(guò)程。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程是機(jī)電有機(jī)結(jié)合即184設(shè)計(jì)步驟：1、了解被控對(duì)象的特點(diǎn)和對(duì)系統(tǒng)的具體要求，制定出系統(tǒng)的控制方案；設(shè)計(jì)步驟：1、了解被控對(duì)象的特點(diǎn)和對(duì)系統(tǒng)的具體要求，制定出系185方案包括：系統(tǒng)主要元部件的種類(lèi)各部分之間的聯(lián)接方式系統(tǒng)的控制方式所需能源形式校正補(bǔ)償方法信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式等。方案包括：系統(tǒng)主要元部件的種類(lèi)1862、進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算包括：使輸出參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求；執(zhí)行元件的參數(shù)選擇；功率（或轉(zhuǎn)矩）的匹配及過(guò)載能力的驗(yàn)算；2、進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算包括：187主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)；信號(hào)的有效傳遞；各級(jí)增益的分配；各級(jí)之間阻抗的匹配和抗干擾措施。主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)；1883、確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要是設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置4、進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算5、試驗(yàn)與調(diào)試3、確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要是設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置4、進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算1896-2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6-2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190數(shù)控機(jī)床機(jī)械進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)模型MjnkniFjvjJi、Ti數(shù)控機(jī)床機(jī)械進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)模型MjnkniFjvjJi、T191一、負(fù)載分析1、確定系統(tǒng)負(fù)載系統(tǒng)負(fù)載包括：慣性負(fù)載外力負(fù)載彈性負(fù)載摩擦負(fù)載等一、負(fù)載分析1、確定系統(tǒng)負(fù)載1922、負(fù)載的等效換算目的：將系統(tǒng)全部負(fù)載折算到電機(jī)軸上，以確定所選電機(jī)的最大輸出。2、負(fù)載的等效換算目的：193系統(tǒng)由m個(gè)移動(dòng)部件和n個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件組成Mj、Vj、Fj分別為第i移動(dòng)部件的質(zhì)量（kg）、運(yùn)動(dòng)速度（m/min)和所受的負(fù)載力（N）MjnkniFjvjJi、TiJi、ni、Ti分別為轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2)轉(zhuǎn)速（r/min)和所受負(fù)載力矩（N.m）系統(tǒng)由m個(gè)移動(dòng)部件和n個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件組成MjnkniFj194（1）求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能總和為：等效到電機(jī)軸上的總動(dòng)能為：（1）求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能總和為：等效到電機(jī)軸195根據(jù)能量守恒定理E=Ek，則根據(jù)能量守恒定理E=Ek，則196工作臺(tái)速度vj的計(jì)算：1）齒輪齒條傳動(dòng)m——齒輪模數(shù)Z——齒輪齒數(shù)n——齒輪轉(zhuǎn)速工作臺(tái)速度vj的計(jì)算：1）齒輪齒條傳動(dòng)m——齒輪模數(shù)1972）絲杠傳動(dòng)：vj-------工作臺(tái)的移動(dòng)速度（m/min）L0------絲杠的基本導(dǎo)程（m）nj-------絲杠的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/min）2）絲杠傳動(dòng)：vj-------工作臺(tái)的移動(dòng)速度（m/min198（2）等效力矩的計(jì)算T的計(jì)算系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)克服負(fù)載作的功的總和為：折算到電機(jī)軸的功為：（2）等效力矩的計(jì)算T的計(jì)算系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)克服負(fù)載作的199等效力矩為：等效力矩為：200例：設(shè)一進(jìn)給系統(tǒng)如下圖所示，電機(jī)從靜止加速到1500r/min所需時(shí)間為30ms，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60MA=300kgL0=6mm12FL=510.5NZ1Z2Z3Z4軸1,軸2絲杠JC電機(jī)JmJ(kg.cm2)0.11.60.23.20.04122.24nkn1n2例：設(shè)一進(jìn)給系統(tǒng)如下圖所示，電機(jī)從靜止加速到1500r/mi2011）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm121）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4202等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=6203JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12204系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=3.7525kg.cm2系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=3.7525kg.cm22052）等效力矩的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12FL=510.52）等效力矩的計(jì)算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=6206=1.965(N.m)=1.965(N.m)207系統(tǒng)的等效力矩為：=2.09(N.m)系統(tǒng)的等效力矩為：=2.09(N.m)208二、執(zhí)行元件的匹配選擇盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化商品；二、執(zhí)行元件的匹配選擇盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化商品；209執(zhí)行元件的選擇步驟：1、確定執(zhí)行元件的類(lèi)型2、選擇與被控對(duì)象及其負(fù)載相匹配的執(zhí)行元件。執(zhí)行元件的選擇步驟：1、確定執(zhí)行元件的類(lèi)型210（1）系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配執(zhí)行元件輸出軸上總轉(zhuǎn)矩包括：等效負(fù)載力矩[T]等效慣性負(fù)載力矩（1）系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配執(zhí)行元件輸出軸上總轉(zhuǎn)矩包括：211電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為：

T∑=[T]

+T慣電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為：T∑=[T]+T慣212考慮到機(jī)械系統(tǒng)效率時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為：T’∑=T∑/

(---機(jī)械系統(tǒng)總的傳動(dòng)效率）考慮到機(jī)械系統(tǒng)效率時(shí)，電機(jī)軸上的總負(fù)載力矩為213若選擇步進(jìn)電機(jī)，為滿(mǎn)足電機(jī)在帶負(fù)載時(shí)能正常啟動(dòng)和定位停止，要求：若選擇步進(jìn)電機(jī)，為滿(mǎn)足電機(jī)在帶負(fù)載時(shí)能正常啟214步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有下列關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)相數(shù)345拍數(shù)36485100.50.8660.7070.7070.8090.951所選步進(jìn)電機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有下列關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)相215例如假設(shè)所選電機(jī)為三相六拍電機(jī)，步距角為0.750,Tmax≥2.5(N.m)查表3-8，選擇型號(hào)為110BF004的步進(jìn)電機(jī)。進(jìn)行校驗(yàn)。例如假設(shè)所選電機(jī)為三相六拍電機(jī)，步距角為0.2162、系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配

（直流、交流伺服電機(jī)）P-------預(yù)選電機(jī)的估算功率Pnmax---電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min)max---電機(jī)的最高角加速度(rad/s)-------考慮電機(jī)、減速器等的功率系數(shù)式中：2、系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配

（直流、交流伺服電機(jī)217驗(yàn)算（1）過(guò)熱驗(yàn)算當(dāng)負(fù)載力矩為變量時(shí)，應(yīng)用等效法求其等效轉(zhuǎn)矩Tdx,在電機(jī)激磁磁通近似不變時(shí)：t1、t2….時(shí)間間隔在此時(shí)間間隔內(nèi)的負(fù)載力矩分別為T(mén)1、T2。。驗(yàn)算（1）過(guò)熱驗(yàn)算t1、t2….時(shí)間間隔218所選電機(jī)的不過(guò)熱條件為：nN---電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/min)TN---電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩(N.m)PN---電機(jī)的額定功率（W）Pdx---由等效轉(zhuǎn)矩Tdx換算的電機(jī)功率所選電機(jī)的不過(guò)熱條件為：nN---電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/219（2）過(guò)載驗(yàn)算T∑max-----瞬時(shí)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN-------電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩K---------為電機(jī)的過(guò)載系數(shù)（2）過(guò)載驗(yàn)算T∑max-----瞬時(shí)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩220三、減速比的匹配選擇與各級(jí)減速比的分配減速比主要根據(jù)負(fù)載特性、脈沖當(dāng)量和系統(tǒng)的綜合要求來(lái)選擇確定。在設(shè)計(jì)中供參考用三、減速比的匹配選擇與各級(jí)減速比的分配減速比主要根據(jù)負(fù)載特性2211、使加速度最大的選擇方法TLF---負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm---額定轉(zhuǎn)矩JL---負(fù)載慣量Jm----電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1、使加速度最大的選擇方法TLF---負(fù)載轉(zhuǎn)矩2222、最大輸出速度選擇方法

f1---電機(jī)的粘性摩擦系數(shù)

f2---負(fù)載的粘性摩擦系數(shù)2、最大輸出速度選擇方法f1---電機(jī)的粘性摩擦系數(shù)2233、滿(mǎn)足基本傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇方法----步進(jìn)電機(jī)步距角L0---絲杠螺距----系統(tǒng)脈沖當(dāng)量3、滿(mǎn)足基本傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇方法----步進(jìn)電機(jī)步距角224四、檢測(cè)傳感裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換接口電路、

放大裝置和電源等的匹配選擇與設(shè)計(jì)四、檢測(cè)傳感裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換接口電路、

放大裝置和225伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及要求出發(fā)，選定執(zhí)行元件和傳動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及要求出發(fā)2262）從系統(tǒng)的精度要求出發(fā)，選擇和設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置及信號(hào)的前向和后向通道2）從系統(tǒng)的精度要求出發(fā)，選擇和設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置及信號(hào)的前向和后227伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男Ｕa(bǔ)償裝置；完善電源電路及其它輔助電路。伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男Ｕa(bǔ)償裝置；2281、檢測(cè)傳感裝置的要求滿(mǎn)足傳感器的基本要求；信號(hào)的轉(zhuǎn)換要迅速及時(shí)，信噪比大；裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量?。恍阅芤€(wěn)定可靠等。1、檢測(cè)傳感裝置的要求滿(mǎn)足傳感器的基本要求；2292、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的要求盡量選用商品化的集成電路要有足夠的輸入/輸出通道要與傳感器輸出阻抗的匹配和與放大器的輸入阻抗符合要求。2、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的要求盡量選用商品化的集成電路2304、伺服系統(tǒng)放大器的設(shè)計(jì)與選用1）輸出阻抗小，效率高，時(shí)間常數(shù)?。?）應(yīng)為執(zhí)行元件的運(yùn)行狀態(tài)提供適宜條件；4、伺服系統(tǒng)放大器的設(shè)計(jì)與選用1）輸出阻抗小，效率高，時(shí)間常2313）放大器應(yīng)有足夠的線(xiàn)性范圍，以保證執(zhí)行元件的容量得以正常發(fā)揮；4）輸入級(jí)的阻抗要大，以減輕檢測(cè)傳感裝置的負(fù)荷；3）放大器應(yīng)有足夠的線(xiàn)性范圍，以保證執(zhí)行元件的容量得以正常發(fā)2325）放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠，便于調(diào)整。5）放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠，便于調(diào)整。2335、對(duì)伺服系統(tǒng)的電源的要求所有電源應(yīng)具有足夠的保護(hù)措施；要有為系統(tǒng)服務(wù)的自檢電路、顯示與操作裝置。5、對(duì)伺服系統(tǒng)的電源的要求所有電源應(yīng)具有足夠的保護(hù)措施；234五、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及主諧振頻率的計(jì)算步驟：1）繪制系統(tǒng)框圖2）建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)3）確定系統(tǒng)主振頻率五、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及主諧振頻率的計(jì)算步驟：1）繪制系統(tǒng)框2351、半閉環(huán)控制方式電機(jī)工作臺(tái)功放前置放大vi(t)+測(cè)速發(fā)電機(jī)滾珠絲杠i1i2i(t)位移檢測(cè)器用滾珠絲杠出動(dòng)工作臺(tái)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)1、半閉環(huán)控制方式電機(jī)工作臺(tái)功放前置vi(t)+測(cè)速發(fā)電機(jī)236電機(jī)工作臺(tái)功放前置放大vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系統(tǒng)框圖電機(jī)工作臺(tái)功放前置vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)237系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系統(tǒng)框圖其中：K=KKAKm/i1系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：Vi(s)G1G2G3G4G7G5G6-+2382、全閉環(huán)系統(tǒng)控制方式2、全閉環(huán)系統(tǒng)控制方式239系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：2403、工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的主諧振頻率3、工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的主諧振頻率241主諧振頻率為式中：[J]m----系統(tǒng)等效到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量K-------機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度主諧振頻率為式中：[J]m----系統(tǒng)等效到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)242機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度K：系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度的倒數(shù)等于各傳動(dòng)元件折算到電機(jī)軸的剛度的倒數(shù)之和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度K：系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度243IIIIIIJ1----第I根軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0----除了第I根軸外系統(tǒng)其它傳動(dòng)部件等效到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IIIIIIJ1----第I根軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量244例：直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全閉環(huán)系統(tǒng)如下圖所示。2000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm1200prm微機(jī)速度環(huán)位置環(huán)檢測(cè)傳感器例：直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全閉環(huán)系統(tǒng)如下圖所示。2000N電245已知系統(tǒng)如下參數(shù)，求該機(jī)械系統(tǒng)的主諧振頻率：直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1200(r/min)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=2×10-4(kgm2);齒輪箱減速比i=3,z1=17,z2=51,模數(shù)m=2，齒輪寬度B=15(mm),滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m,基本導(dǎo)程l0=12mm，絲杠轉(zhuǎn)速ns=400r/min，工作臺(tái)移動(dòng)部件總質(zhì)量W=2000N,最大進(jìn)給速度為4.8m/min，已知系統(tǒng)如下參數(shù)，求該機(jī)械系統(tǒng)的主諧振頻率：直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)2462000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm2000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm247轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算式：式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)體的直徑(m)B—轉(zhuǎn)動(dòng)體的寬度(m)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算式：式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)體的直徑(m)248齒輪箱減速比i=3,z1=17,z2=51,模數(shù)m=2，齒輪寬度B=15(mm)齒輪箱減速比i=3,z1=17,z2=51,模數(shù)m=2，齒輪249滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m250=2.599×10-3(kg.m2)=2.599×10-3(kg.m2)2512000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算：2000N電機(jī)IIIZ1=17Z2=51L0=12mm252扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算式式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑(m)l---轉(zhuǎn)動(dòng)軸的變形長(zhǎng)度(m)G---鋼的彈性模量(G=8.1×1010Pa)扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算式式中：d---轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑(m)253設(shè)電機(jī)軸的輸出直徑dm=25mm,變形長(zhǎng)為100mm設(shè)電機(jī)軸的輸出直徑dm=25mm,變形長(zhǎng)為100mm254滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m滾珠絲杠直徑d=60mm,長(zhǎng)度l=2.16m255機(jī)械系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度機(jī)械系統(tǒng)的總扭轉(zhuǎn)剛度256機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度引起的主諧振頻率為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度引起的主諧振頻率為2576-3機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二

-----機(jī)電一體化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的考慮方法一、概述6-3機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二

-----機(jī)電一體化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)258動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）選擇系統(tǒng)的控制方式和校正形式；動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：1）選擇系統(tǒng)的控制方式和校正形式；259機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的控制方式有:反饋控制方式前饋和反饋相結(jié)合的復(fù)合控制方式機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的控制方式有:反饋控制方式260機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的校正方式有:機(jī)電伺服系統(tǒng)常用的校正方式有:261串聯(lián)校正：Gc(s)G

(s)H(s)Xi(s)Xo(s)串聯(lián)校正：Gc(s)G(s)H(s)Xi(s)Xo(s)262反饋校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G1(s)G3(s)反饋校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G263前饋校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)H(s)Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)N(s)Xi(s)H(s)前饋校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)264校正方式取決于系統(tǒng)中信號(hào)的性質(zhì)、技術(shù)方便程度、可供選擇的元件、其它性能要求（抗干擾性、環(huán)境適應(yīng)性等）、經(jīng)濟(jì)性等諸因素。校正方式取決于系統(tǒng)中信號(hào)的性質(zhì)、技術(shù)方便程度、2652）設(shè)計(jì)校正裝置有源校正無(wú)源校正Cui(t)uo(t)R1R2無(wú)源校正+CRi1(t)ui(t)uo(t)i2(t)a有源校正2）設(shè)計(jì)校正裝置有源校正Cui(t)uo(t)R1R2無(wú)源校2663）將校正裝置有效地聯(lián)接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)階段所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中去，滿(mǎn)足系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。3）將校正裝置有效地聯(lián)接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)階段所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中去，滿(mǎn)足267工程上常用對(duì)數(shù)頻率法即借助Bode圖（對(duì)數(shù)頻率特性圖）和根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程上常用對(duì)數(shù)頻率法即借助Bode圖（對(duì)數(shù)頻率特性圖）268二、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)三大特性：穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性二、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)三大特性：269頻域性能指標(biāo)：穩(wěn)定性指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差ess動(dòng)態(tài)性指標(biāo)：快速性指標(biāo)：c穩(wěn)定性指標(biāo)：

(c)和Kg(g)頻域性能指標(biāo)：穩(wěn)定性指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差ess270開(kāi)環(huán)增益越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小；①比②穩(wěn)態(tài)誤差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12開(kāi)環(huán)增益越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越??；①比②穩(wěn)態(tài)誤差小0L()271起始段斜率越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越?。虎俦娶诜€(wěn)態(tài)誤差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12起始段斜率越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小；①比②穩(wěn)態(tài)誤差小0L(272穿越頻率c越大，系統(tǒng)的快速性越好。①比②快速性差20L()/dB0-20-40c11/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)c21穿越頻率c越大，系統(tǒng)的快速性越好。①比②快速性差20L(273相位裕量

(c)或幅值裕量Kg(g)越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。

(c)-Kg0L()/dB0-20c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)

(rad/s)g-40該系統(tǒng)穩(wěn)定。相位裕量(c)或幅值裕量Kg(g)越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)定274①比②穩(wěn)定性好0-180°0°90°L()/dB()0-20c2

(c2)-90°-270°-60+20

(rad/s)

(c1)c112①比②穩(wěn)定性好0-180°0°90°L()/dB()02751、PID調(diào)節(jié)器及其傳遞函數(shù)常用有源校正網(wǎng)絡(luò)作為PID調(diào)節(jié)器。)11()(sTsTKsGdipc++=校正傳函為：比例P微分I積分D1、PID調(diào)節(jié)器及其傳遞函數(shù)常用有源校正網(wǎng)絡(luò)作為PID調(diào)節(jié)器276（1）比例調(diào)節(jié)（P）+R1ui(t)uo(t)aR2（1）比例調(diào)節(jié)（P）+R1ui(t)uo(t)aR2277比例校正函數(shù)Bode圖：-180°-90°0°

()L()dB0

(rad/s)K>0K<0比例校正函數(shù)Bode圖：-180°-90°0°()L(278（2）PI調(diào)節(jié)+CR1ui(t)uo(t)aR2（2）PI調(diào)節(jié)+CR1ui(t)uo(t)aR2279PI校正函數(shù)Bode圖（設(shè)KP=1）：0L()/dB-180°-90°0°()

(rad/s)PI校正裝置：Kp＝11/TiPI校正函數(shù)Bode圖（設(shè)KP=1）：0L()/dB-1280（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(t)uo(t)a（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(281PD校正Bode圖（設(shè)KP=1）0-180°0°90°L()/dB()01/Td-90°-270°

(rad/s)PD校正裝置PD校正裝置PD校正Bode圖（設(shè)KP=1）0-180°0°90°L(282（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2283PID校正Bode圖：L()()0-2090o0o-90oPID校正Bode圖：L()()0-2090o0o2842、PID調(diào)節(jié)作用分析（1）比例調(diào)節(jié)作用2、PID調(diào)節(jié)作用分析（1）比例調(diào)節(jié)作用2851）Kp>1開(kāi)環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減小；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)1）Kp>1開(kāi)環(huán)增益加大，穩(wěn)態(tài)誤差減??；-180°-90°0286幅值穿越頻率增大，系統(tǒng)的快速性提高-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)幅值穿越頻率增大，系統(tǒng)的快速性提高-180°-90°0°287系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)系統(tǒng)穩(wěn)定程度變差；-180°-90°0°()L()0288只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用比例控制。只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用比例2892）Kp<1與Kp>1時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反2）Kp<1與Kp>1時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能的影響正好相反290（2）PI調(diào)節(jié)的作用系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善。相位裕量減小，穩(wěn)定程度變差。0L()/dB未校正-180°-90°0°()1(c)未校正

(rad/s)cPI校正裝置：Kp＝11/Ti已校正2(c)已校正（2）PI調(diào)節(jié)的作用系統(tǒng)型次提高，穩(wěn)態(tài)性能改善。0L()/291（3）PD校正的作用：相位裕量增加，穩(wěn)定性提高；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c