伺服進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模|加工中心
4.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模空心滾珠絲杠對(duì)精工機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的精確性的影響主要是熱誤差方面，這在前兩章已經(jīng)做了充分的研宄。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，突出準(zhǔn)確性一方面的同時(shí)還要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性指標(biāo)。本章主要針對(duì)空心滾珠絲杠對(duì)整個(gè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性進(jìn)行研宄。最后，針對(duì)開孔對(duì)滾珠絲杠強(qiáng)度、剛度的影響，做了校核驗(yàn)算。4.1.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)的電氣模型及參數(shù)如圖1.1所示，伺服進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械部分由聯(lián)軸器、滾珠絲杠副、前后軸承、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、光柵尺、相關(guān)的位移、溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩傳感器等組成；控制部分由數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服電機(jī)、編碼器等組成。該系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng),因此在分析系統(tǒng)的性能時(shí)要注意機(jī)械、電氣參數(shù)的匹配，使伺服系統(tǒng)在高速進(jìn)給時(shí)達(dá)到較高的定位精度，首先從高速伺服系統(tǒng)模型入手，求取控制器參數(shù)。4.1.2伺服系統(tǒng)控制三環(huán)PID控制器整定計(jì)算在三環(huán)結(jié)構(gòu)中，電流環(huán)和速度環(huán)為內(nèi)環(huán)，位置環(huán)為外環(huán)。三環(huán)結(jié)構(gòu)可以使伺服系統(tǒng)獲得較好的動(dòng)態(tài)跟隨性能和抗千擾性能。其中，電流環(huán)的作用是改造內(nèi)環(huán)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)，提高系統(tǒng)的快速性，及時(shí)抑制電流環(huán)內(nèi)部的干擾；限制******電流，使系統(tǒng)有足夠大的加速扭矩，并保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。速度環(huán)的作用是增強(qiáng)系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，抑制速度波動(dòng)。位置環(huán)的作用是保證系統(tǒng)靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)跟蹤性能，使整個(gè)伺服系統(tǒng)能穩(wěn)定、高性能運(yùn)行。對(duì)于多環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的過程如下：從內(nèi)環(huán)開始，先設(shè)計(jì)好內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，然后把內(nèi)環(huán)的整體當(dāng)作外環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，去設(shè)計(jì)外環(huán)的調(diào)節(jié)器，直到所有控制環(huán)的調(diào)節(jié)器都設(shè)計(jì)好為止。伺服電機(jī)功率0.3KW,轉(zhuǎn)速3000r/min，扭矩為976N*mm等參數(shù)選擇Panasonic株式會(huì)社的MINASA4系列交流伺服電動(dòng)機(jī)：MQMA041S1U:小慣量小容量扁平型，適配的編碼器絕對(duì)式增量式通用，標(biāo)準(zhǔn)型，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：鍵軸、有保持制動(dòng)器、無油封。根據(jù)松下A4系列的相關(guān)手冊(cè)及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇了伺服電機(jī)的參數(shù)，如表4.1。對(duì)于機(jī)械部分參數(shù)，參考前面的章節(jié)。表4.1伺服電機(jī)參數(shù) 參數(shù) 符號(hào) 數(shù)值 單位 額定轉(zhuǎn)速 nr 3000 r/min 額定功率 P, 400 W 額定電流 Ir 2.5 A 額定電壓 ur 100 V 電動(dòng)機(jī)慣量 人 0.05 kgm2 電樞繞組電阻 Ra 0.15 Q 定子電阻 R. 1.05 Q 電機(jī)電感 L 50 Mh 電機(jī)電氣時(shí)間常數(shù) Ts 0.005 s 機(jī)械時(shí)間常數(shù) Tl 0.06 s 轉(zhuǎn)矩常數(shù) K, 0.8 Nm/A 反電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ke 0.15/0.18 V•s/rad SPWM放大倍數(shù) ^PWM 7.78 V/A SPWM時(shí)間常數(shù) Tpwm 183 US 電流環(huán)反饋濾波常數(shù) T, 100 US 電流檢測(cè)放大系數(shù) KP! 1 A/V 速度環(huán)濾波時(shí)間常數(shù) T'v 0.0527 s 電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩剛度 2000 N/m 4.1.3電機(jī)部分的數(shù)學(xué)模型對(duì)于交流伺服電機(jī)的控制，本文參考最普遍的一種方法即控制永磁同步電機(jī)定子電流d分量為零。其中，<為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；&為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；洲為導(dǎo)程；&&為切削進(jìn)給力（N);6^為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角（rad/s);rm為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(》w7_7V);x(〇為輸出位移（mm);m為工作臺(tái)質(zhì)量；£為系統(tǒng)的等效扭轉(zhuǎn)剛度P9]。相比于實(shí)心滾珠絲杠的動(dòng)力學(xué)方程的建立，空心滾珠絲杠動(dòng)力學(xué)方程非常的復(fù)雜。具體表現(xiàn)在流體冷卻液對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的空心滾珠絲杠的作用力較多且不易定量描述，不僅包括對(duì)空心滾珠絲杠的受力分析（包括離心力、牛頓切應(yīng)力、由轉(zhuǎn)動(dòng)引起的牛頓切應(yīng)力、由沿程壓力損失引起的受力分析），而且包括冷卻液對(duì)移動(dòng)螺母的受力分析（與螺母冷卻軌道的形狀、冷卻液的種類、速度、流動(dòng)狀態(tài)等有關(guān)，較為復(fù)雜）。為此，本章僅考慮流體冷卻液對(duì)空心滾珠絲杠的影響做初步的分析。如圖4.1是空心滾珠絲杠內(nèi)壁的受力簡(jiǎn)圖，在受力分析時(shí)考慮了流體冷卻液的離心力、牛頓切應(yīng)力及由空心滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)引起的牛頓扭矩。滾珠絲杠入口、出口處的壓力由壓力表測(cè)得，由此可以考慮流體的沿程壓力損失。考慮到流體冷卻液對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾珠絲杠內(nèi)壁的動(dòng)力學(xué)影響非常的復(fù)雜，本章在仿真分析時(shí)沒有考慮。本文采摘自“空心滾珠絲杠在精工機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！