西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8规格说明

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1.从自动控制理论的角度来分析

2.伺服系统还可被看作是由控制装置和机械执行装置两大部分组成

1.比较元件是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得控制系统动作的偏差信号的环节，通常可通过电路或计算机软件来实现。

2.调节元件又称控制器，是伺服系统的一个重要组成部分，其猎芩作用是对比较元件输出的偏差信号进行变换、放大，以控制执行元件按要求动作。调节元件的质量对伺服系统的性能有着重要的影响，其功能一般由软件算法加硬件电路实现，或单独由硬件电路实现。

3.执行元件其作用是在控制信号的作用下，将输入的各种形式的能量转换成机械能，驱动被控对象工作。产品中多采用伺服作为执行元件。

4.被控对象是伺服系统中被控制的设备或装置，是直接实现目的功能或主功能的主体，其行为质量反映着整个伺服系统的性能。被控对象一般都是机械装置，包括传动机构和执行机构。

5.测量反馈元件是指及其信号检测装置，用于实时检测被控对象的输出量并将其反馈到比较元件。

伺服系统还可被看作是由电气控制装置和机械执行装置两大部分组成的，如图5—2所示。在控制信号传递路线上，电气控制装置与机械执行装置以执行元件作为接口；在信号反馈路线上，两者以传感器作为接口。

1.步距误差

是指空载时实测的步距角与理论的步距角之差。它反映了步进角位移的精度。

国产步进电动机的步距误差一般在±10′～±30′范围内，精度较高的步进电动机可达±2′～±5′。

2.大静转矩

是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的大外加转矩，亦即所能输出的大电磁转矩。它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。

3.启动矩频特性

是指步进电动机在有外加负载转矩时，不失步地正常启动所能接受的大阶跃输入脉冲频率(又称启动频率)与负载转矩的对应关系。

90bf002型步进电动机的启动矩频特性曲线

4.启动惯频特性

是指步进电动机带动纯惯性负载启动时，启动频率与转动惯量之间的关系。

5.运行矩频特性

是指步进电动机运行时，输出转矩与输入脉冲频率的关系。***选用步进电动机时，应使实际应用的运行频率与负载转矩所对应的运行工作点位于运行矩频特性之下，才能保证步进电动机不失步地正常运行。***

6.步进运行和低频振荡

当输入脉冲频率很低时，脉冲周期如大于步进电动机的过渡过程时间，步进电动机就会处于一步一停的运行状态，这种运行状态称为步进运行。步进电动机都有一较低的固有频率，当步进运行频率或低速运行频率与该固有频率相等或接近时，就会产生共振，使步进电动机振荡不前，这种现象称为低频振荡。

避免低频振荡的现象发生采用的方法：

一种是使运行频率避开固有频率，二是前一方法不允许时，可通过调节步进电动机上的阻尼器来改变固有频率。

7.大相电压和大相电流

分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的大电压和流过的大电流

伺服系统的设计包括：

伺服系统的动力方法设计-静态设计

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.的惯量匹配条件：

带惯性负载时的大启动频率：

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，拖板大行程为1150mm，定位精度±0.01mm，试选择合适的步进电机。