机电一体化资料

由于机 械系统有静 摩擦力，如 果系统开始 处于静止状 态，当电机 给机械系统施加驱动力矩后，在移动部件3所受的驱动力小 于静摩擦力Fs之前，移动部件3并不移动；
即机械系统有输入位移而无 输出位移，从而产生了由静摩擦 而引起的系统误差——死区误差
δ f =Fs/k
Fs——静摩擦力 k——折算到移动部件的综合拉压刚度。
（2）间隙对伺服系统性能的影响
G1————闭环前数据输入通道上的传动装置 G2————闭环内前向通道上动力传动装置 G3————闭环内反馈数据通道中的传动装置 G4————闭环后位置输出通道上传动装置
1） G2中的间隙对伺服稳定性的影响
如果没有间隙 静止时：θi =θo =0
如 ： θi =1° ， 依 然 θo =0 ， 则 误 差 e =θi -θo =1° 伺服系统把误差放大并朝去减控少制e电的机方，向转动 θi =θo =1°，由于惯性，冲过θo =1°，θo >1°， e <0，
（1）减低摩擦阻力，采用低摩擦阻力的传动件和导 向件
滚珠丝杆、滚动导轨、 静（动）压导轨
（2）消除传动间隙，以减小反向死区误差
（3）减少等效转动惯量，选用最佳传动比，提高系 统分辨率，
（4）提高传动和支撑的刚度，缩短传动链，
2.1机械结构因素对系统性能的影响
摩擦 传动间隙 结构弹性变形 质量与转动惯量
机电一体化控制系统
第二章 机 械 系 统
2．1机械结构因素对系统性能的影响 2．2机械传动机构 2．3导向与支撑机构 2．4机械执行机构
机械技术是一门历 史 最 久 的 应 用 技术，是 各 个 技 术 领 域 的 基 础， 有 一 整 套 完整 的
理 论 和 实 践 规范。
然而，机电一体化产品在机械方面的要求：
如间隙足够小，系统阻尼大 振荡不存在
2) G1和G4 中的间隙对 伺服稳定性 无影响，但 影响伺服精 度
3) G3中的间隙，既影馈到输入端的信号并不是输出轴 的位置 ，而是包括了G3中的间隙，位置误差检测装置产生的误差 信号中也包括了这个间隙量。当误差控制电压驱动伺服电机使输出 轴跟随输入信号时，这部分间隙就造成伺服误差。
2） 运动件的质量较大，具有较大的惯性。 3） 传动机构的刚性不足。 4） 上面三者一定时，移动速度低到一定值，即临界值——爬行的 临界速度时。
其中：动、静摩擦系数之差是内因； 运动件的质量较大，传动机构的刚性不足是条件；
消除爬行的主要措施：
1）减少动、静摩擦系数
之差。如良好润滑，用 减摩材料，滚动导轨和 静压导轨等。
B)与G2————闭环内前向通道上动力传动装置的间隙的情况类 似，导致极限环振荡。
3. 结 构 弹 性 变 形
通常，我们为了简化问题，常假定系统中的机械装置 是绝对的刚体，没有任何变形。
2)提高传动机构的刚度
3）动力润滑。在控制信号中附加高频分量，使伺服电机时 刻处于适度的微振状态，从而有利用克服静摩
擦，以有效减小低速爬行。称为“动力润滑”。
用脉宽调制（PWM）功率放大器来驱动伺服电机。
2. 传 动 间 隙
（1）间隙型滞环非线性特性
齿轮传动的齿侧间隙； 丝杠螺母的传动间隙； 丝杠轴承的轴向间隙； 联轴器的扭转间隙
（1）为了充分发挥机电一体化产品的优点。必须使
其机械本体部分具有合理的结构、强度、刚度、 精度和可靠性；
（2）良好的动态特性，即响应快， 稳定性好
（3）内部结构和外部造型部局合 理、操作方便、美观协调
即低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振 频率、适当的阻尼比
为达到机电一体化产品的要求，可以采取以下措施：
摩擦力在什么时候出现（？）
————相互接触的两物体间只要有相 对运动或有相对运动的趋势，就存在摩 擦力。
前者，动摩擦； 后者，静摩擦
（1）非线性特性
1.摩 擦
从以上几条曲线可见： 1） 对于滑动导轨，静摩擦系数大于动摩擦系数；当相对运 动速度较低时，导轨处于边界和混合摩擦状态，动摩擦系数随 导轨的滑动速度的增加而降低；
减少由静摩擦而引起的死区误差的方法： 1）减小静摩擦力，滚动，静压导轨 2）提高机械系统的刚度；
（3） 低速爬行 对于力学模型
速度很低时， 当主动件1作匀速 运动时，被动件3 往往会出现明显的 速度不均匀，或时 走时停或时快时慢
这种低速时运动不平 稳的现象称为爬行。
爬行原因： 1） 摩擦副处于边界摩擦， 存在动、静摩擦系数之差， 而且动静摩擦系数又随滑 动的速度的增加而降低， 这就可能使系统出现负阻 尼或零阻尼。
见输入与输出的物理模型。
当不考虑输入、输出构件的惯性和摩擦时，其输入、
输出具有间隙型滞环非线性特性。
1）x(t) < b/2时
y(t) = 0 输出构件不动，造成死
区误差
2）x(t) > b/2时 y(t) 随 x(t) 线性变化
3）当x(t)反向时
y(t)开始保持不动，造成回程
误差直到，x(t)减小b后，y(t) 随 x(t) 线性变化
可见，这个摩擦的非线性，对系统的工作特性有很大 影响。
（2） 系统误差 看一个半闭环伺服进给系统及力学模型
图中， 电机1为主动件，以匀速经进给传动机构2驱动被动件 （工作台）3。
传动机构2简化为一个刚度为k的等效弹簧和阻尼系 数为c的等效粘性阻尼
被动件（工作台）3的质量为m，在支撑导轨4上沿x 方向移动，摩擦力F。
2）
当滑动速度加大到动压效应使导轨处于液体摩擦状态
时，摩擦力用于克服油层间的剪切时，动摩擦系数随导轨的滑
动速度的增加而增加；
3） 对于滑动导轨，两导轨面的材料对摩擦特性也有较大影 响，如氟塑料——铸铁导轨的摩擦系数小，且动、静摩擦系数 的差值小， 4） 滚动导轨和静压导轨的摩擦系数都很小，且动、静摩擦 系数的实际没什么差别；
伺服系统控制电机反向，无阻尼， 则震荡 有阻尼， 则稳定
如果有间隙
则e存在，当电机转动，但输出轴不转动，直到间隙消除
后才转动，电机空程空载转动时有很大的动能，会以大得多
的速度冲过θo =1°，冲过θo =1°后，则e变号，控制反向，
又有空程，来回，空程（即间隙足够大）则形成一定频率、 一定振幅的振荡——极限环振荡