當(dāng)伺服系統(tǒng)的負(fù)載不大、精度要求不高時(shí)，可采用開環(huán)控制。一般來講，開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性不成問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮滿足精度方面的要求，并通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
1_系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)及數(shù)控x、Y工作臺(tái)等，其結(jié)構(gòu)原理如圖4—49所示。
各種開環(huán)伺服系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)原理上大同小異，其方案設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是在圖4—49的基礎(chǔ)上選擇和確定各構(gòu)成環(huán)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)方案。
(1)執(zhí)行元件的選擇選擇執(zhí)行元件時(shí)應(yīng)綜合考慮負(fù)載能力、調(diào)速范圍、運(yùn)行精度、可控性、可靠性以及體積、成本等多方面要求。
開環(huán)伺服系統(tǒng)中可采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、伺服閥控制的液壓缸和液壓馬達(dá)等作為執(zhí)行元件，其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)其負(fù)載能力不夠 時(shí)，再考慮選用電液脈沖馬達(dá)等。
(2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)機(jī)械接口，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行變換和傳遞。在伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件以輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則多為直線運(yùn)動(dòng)。用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有齒輪齒條和絲杠螺母等。前者可獲得較大的傳動(dòng)比和較高的傳動(dòng)效率，所能傳遞的力也較大，但高精度的齒輪齒條制造困難，且為消除傳動(dòng)間隙而結(jié)構(gòu)復(fù)雜；后者因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易而應(yīng)用廣泛。尤其是滾動(dòng)絲杠螺母副，目前已成為伺服系統(tǒng)中的****傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間運(yùn)動(dòng)的傳遞可有多種方式。可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器直接連接，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得較高的速度，但對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力要求較高。
此外，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可通過減速器傳動(dòng)絲杠。減速器的作用主要有三個(gè)，即配湊脈沖當(dāng)量、轉(zhuǎn)矩放大和慣量匹配。當(dāng)電動(dòng)機(jī)與絲杠中心距較大時(shí)，可采用同步齒形帶傳動(dòng)，否則可采用齒輪傳動(dòng)，但應(yīng)采取措施消除其傳動(dòng)間隙。
(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)具體操作對(duì)象及其特點(diǎn)來選擇和設(shè)計(jì)。一般來講，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中都包含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)即導(dǎo)軌，主要有滑動(dòng)和滾動(dòng)兩大類，每一類按結(jié)構(gòu)形式和承載原理又可分成多種類型。在伺服系統(tǒng)中應(yīng)用較多的是塑料貼面滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌，其原理和特點(diǎn)已在第2章作了介紹，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況合理選用。值得一提的是市場(chǎng)上新出現(xiàn)的一種稱為線性組件的產(chǎn)品，它將滾動(dòng)絲杠螺母副或齒形帶傳動(dòng)與滾動(dòng)導(dǎo)軌集成為一體，統(tǒng)一潤(rùn)滑與防護(hù)，系列化設(shè)計(jì)，專業(yè)化生產(chǎn)，體積小，精度高，成本低，易于安裝，有的還配套提供執(zhí)行元件和相應(yīng)的控制裝置，為伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造提供了極大的方便。
(4)控制系統(tǒng)方案的選擇控制系統(tǒng)方案的選擇包括微型計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路等的選擇。常用的微型計(jì)算機(jī)有可編程序控制器(PLc)、單片機(jī)、工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)等，其中PLc、單片機(jī)由于在體積、成本、可靠件和控制指令功能等許多方面的優(yōu)越性，在伺服系統(tǒng)的控制中得到了非常廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式和驅(qū)動(dòng)電源等可按上面的介紹來選擇。
2．機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)方案確定之后，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，其內(nèi)容包括執(zhí)行元件參數(shù)及規(guī)格的確定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)慣量、剛度等參數(shù)的計(jì)算等，其中結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)可按第2章所介紹的方法進(jìn)行，這里不再重復(fù)。下面結(jié)合圖4-50所示的典型開環(huán)位置伺服系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)原理圖，介紹有關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
(1)確定脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)精度要求來確定。對(duì)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取為O．005～O．01mm。如取得太大，無(wú)法滿足系統(tǒng)精度要求；如取得太小，或者機(jī)械系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或者對(duì)其精度和動(dòng)態(tài)性能提出過高要求，使經(jīng)濟(jì)性降低。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要是根據(jù)具體情況選擇其類型和步距角。一般來講，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大；永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功 耗較小，斷電后仍有制動(dòng)力矩，但步距角較大，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，混合式步近電動(dòng)機(jī)兼有上述兩種電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高。各種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品樣本中都給出通電方式及步距角等主要技術(shù)參數(shù)以供選用。
(2)計(jì)算減速器的傳動(dòng)比減速器一般用于減速傳動(dòng)，其傳動(dòng)比可按下式計(jì)算：
式中，α是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)角(°)；Ph是絲杠導(dǎo)程(mm)，δp是工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的脈沖當(dāng)量(mm)。如算出的傳動(dòng)比i值較小，可采用同步齒形帶或一級(jí)齒輪傳動(dòng)，否則應(yīng)采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)。選擇齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)時(shí)，一方面應(yīng)使齒輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG與電動(dòng)機(jī)軸上主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JP的比值較小，另一方面還要避免因級(jí)數(shù)過多而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般可按圖4-51來選擇。
齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)確定之后，可根據(jù)總傳動(dòng)比和傳動(dòng)級(jí)數(shù)，按圖4152來合理分配各級(jí)傳動(dòng)比，且應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)比按傳動(dòng)順序逐級(jí)增加。
例如令i=4時(shí)，按圖4—5l可取傳動(dòng)級(jí)數(shù)為2或3，對(duì)應(yīng)的JG／JP值分別為6和5．4。顯然，取2級(jí)傳動(dòng)比較合理，因?yàn)槿羧?級(jí)傳動(dòng)，JG／JP的減小并不顯著，卻使減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率和扭轉(zhuǎn)剛度降低，傳動(dòng)間隙增加，得不償失。按傳動(dòng)級(jí)數(shù)2和總傳動(dòng)比i=4查圖4—52得兩級(jí)傳動(dòng)比分別為i1=1．8，bi2=2．2。
(3)計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的目的是選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析與設(shè)計(jì)。有些傳動(dòng)件(如齒輪、絲杠等)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不易精確計(jì)算，可將其等效
(4)確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力參數(shù)1)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算。作用在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩r可按下式計(jì)算：
式中，Jm是電動(dòng)機(jī)軸身自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m²)；8是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或控制時(shí)的角加速度(rad／s²)；Fw是作用在工作臺(tái)上的其他外力(N)；η是伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的總效率；FO是滾動(dòng)絲杠螺母副的預(yù)緊力(N)；η0是滾動(dòng)絲杠螺母副未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取η0=0 9。
2)電動(dòng)機(jī)****靜轉(zhuǎn)矩確定。根據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際起動(dòng)情況(空載或有載)，按式(4—32)計(jì)算出起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tq，然后按表4—8選取起動(dòng)時(shí)所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的****靜轉(zhuǎn)矩Tsl。
根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的受力情況，按式(4132)計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1然后按照下式計(jì)算出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的****靜轉(zhuǎn)矩TS2’
按TS1和TS2中的較大者選取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的****靜轉(zhuǎn)矩TS，并要求
3)電動(dòng)機(jī)****起動(dòng)頻率確定。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同的起動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩下所允許的起動(dòng)頻率也不同，因而應(yīng)根據(jù)所計(jì)算出的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)矩頻特性曲線來確定****起動(dòng)頻率，并要求實(shí)際使用的起動(dòng)頻率低于這一允許的****起動(dòng)頻率。
4)電動(dòng)機(jī)****運(yùn)行頻率確定。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩隨運(yùn)行頻率增加而下降，因而應(yīng)根據(jù)所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1，按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線來確定****運(yùn)行頻率，并要求實(shí)際使用的運(yùn)行頻率低于這一允許的****運(yùn)行頻率。
(5)驗(yàn)算慣量匹配 電動(dòng)機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Jd電動(dòng)機(jī)軸自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Tm的比值應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大，也不應(yīng)太小。如果太大，則伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于負(fù)載特性，由于工作條件(如工作臺(tái)位置)的變化而引起的負(fù)載質(zhì)量、剛度、阻尼等的變化，將導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性也隨之產(chǎn)生較大變化，使伺服系統(tǒng)綜合性能變差，或給控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成困難。如果該比值太小，說明電動(dòng)機(jī)選擇或傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不太合理，經(jīng)濟(jì)性較差。為使系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的匹配，一般應(yīng)將該比值控制在下式所規(guī)定的范圍內(nèi)：
如果驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)，Jd／Tm不滿足上式要求，應(yīng)返回修改原設(shè)計(jì)。通過減速器傳動(dòng)比：和絲杠導(dǎo)杠程p的適當(dāng)搭配，往往可使慣量匹配趨于合理。
(6)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，剛度最薄弱的環(huán)節(jié)是絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，因而傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度主要取決于絲杠螺母機(jī)構(gòu)的剛度。絲杠螺母機(jī)構(gòu)的剛度主要由絲杠本身的拉壓剛度KL絲杠螺母間的接觸剛度KN以及軸承和軸承座組成的支承剛度KB三部分組 成。由于絲杠本身的扭轉(zhuǎn)剛度與拉壓剛度相比要大得多，故有時(shí)將其忽略不計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常將絲杠螺母機(jī)構(gòu)杠的總剛度均勻分配給三個(gè)組成部分，即使每部分的剛度對(duì)總剛度的貢獻(xiàn)各占1／3。
采用不同類型的杠支承軸承時(shí)，支承剛度KB也不同，一般可按表4—9所列公式計(jì)算。
對(duì)于推力球軸承及推力角接觸球軸承，當(dāng)預(yù)緊力為****軸向載荷的l／3時(shí)，軸承剛度KB增加1倍且呈線性關(guān)系；對(duì)于圓錐滾子軸承，當(dāng)預(yù)緊力為****軸向載荷的1／2．2時(shí)，軸承剛度KB增加1倍且呈線性關(guān)系。
絲杠螺母副的軸向接觸剮度KN可直接從絲杠螺母副的產(chǎn)品樣本中查得，也可通過表4一lO所列公式計(jì)算。
在表4一10中，滾動(dòng)體數(shù)量z∑是指除處于回珠器內(nèi)的滾珠外，所有參與承載的滾動(dòng)體數(shù)量。z∑可由下式計(jì)算：z∑=zJN式中，J是螺母中滾珠循環(huán)回路數(shù)，又稱列數(shù)；N是每列中的螺紋圈數(shù)；z是每圈滾珠數(shù)。
實(shí)際上，螺母和支承處的剛度還應(yīng)包括螺母座和軸承座的剛度，但由于它們較難準(zhǔn)確計(jì)算，故一般以KN和KB分別近似代表螺母處和支承處的綜合剛度。應(yīng)當(dāng)指出，這樣的近似相對(duì)于實(shí)際剛度來講是偏大的。
絲杠本身的拉壓剛度主要與其幾何尺寸和軸向支承形式有關(guān)，可按表4一ll所列公式計(jì)算。
在伺服系統(tǒng)工作過程中，工作臺(tái)的位置是變化的，絲杠上的受力點(diǎn)到支承端的距離也隨之變化，因此絲杠的拉壓剛度Kl也隨之變化。對(duì)于一端軸向支承的絲杠，當(dāng)工作臺(tái)位于距絲杠軸向支承端最遠(yuǎn)的位置時(shí)，即z=L時(shí)，絲杠有最小拉壓剛度：
顯然，當(dāng)絲杠采用兩端軸向支承形式時(shí)，其最小拉壓剮度是采用一端軸向支承形式時(shí)的4倍。
絲杠傳動(dòng)的綜合拉壓剛度ko與軸向支承形式及軸承是否預(yù)緊有關(guān)。在kn、KbKl分別計(jì)算出來之后，可按
表4—12所列公式來計(jì)算綜合拉壓剛度ko表4—12中，預(yù)緊情況是指絲杠軸向支承軸承的預(yù)緊情況；絲杠綜合拉壓剛度的計(jì)算公式中，忽略了螺母座和軸承座的剛度，且當(dāng)絲杠自身拉壓剛度取最小值Klmin,時(shí)，絲杠的綜合拉壓剛度也達(dá)最小值KOmin絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度KT(N·m／rad)可按下式計(jì)算：
式中，d是絲杠中徑(m)；G是材料切變模量(N／m2)，l是力矩作用點(diǎn)間的距離(m)。
3．機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性
分析為了保證系統(tǒng)具有較好的快速響應(yīng)性，較小的跟蹤誤差，且不會(huì)在變化的輸入信號(hào)激勵(lì)下產(chǎn)生共振，應(yīng)對(duì)其動(dòng)態(tài)特性加以分析。在機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)，絲杠螺母機(jī)構(gòu)的剛度是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的最薄弱環(huán)節(jié)，其拉壓剛度(又稱縱向剛度)和扭轉(zhuǎn)剛度分別是引起機(jī)械系統(tǒng)縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的主要因素。當(dāng)分析系統(tǒng)的縱向振動(dòng)時(shí)，可忽略電動(dòng)機(jī)和減速器的影響，則由絲杠和工作臺(tái)所構(gòu)成的縱振系統(tǒng)可簡(jiǎn)化成如圖4-53所示的動(dòng)力學(xué)模型，其動(dòng)力平衡方程可表達(dá)
對(duì)式(4—40)進(jìn)行拉氏變換并整理，得系統(tǒng)傳遞函數(shù)：
將上式化成二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式，得
ωn稱為絲杠一工作臺(tái)縱振系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率；ξ稱為系統(tǒng)縱向振動(dòng)阻尼比。
顯然，這是一個(gè)二階振蕩系統(tǒng)。根據(jù)控制理論，當(dāng)系統(tǒng)允許有一定超調(diào)時(shí)，可取系統(tǒng)阻尼比ξ=0 4～0 8，使系統(tǒng)在輸入信號(hào)變化或有外界擾動(dòng)輸入時(shí)，其輸出響應(yīng)可較快地達(dá)到穩(wěn)定值；當(dāng)系統(tǒng)不允許有任何超調(diào)時(shí)，可取ξ=1，使系統(tǒng)輸出響應(yīng)不出現(xiàn)振蕩；加大系統(tǒng)無(wú)阻尼固有頻率ωn，可加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于避開輸入信號(hào)頻率范圍，防止共振產(chǎn)生。
可見，影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)是固有頻率ωn和阻尼比ξo由式(4_42)知，增加絲杠螺母機(jī)構(gòu)的綜合拉壓剛度K。和減輕工作臺(tái)質(zhì)量m1，可提高固有頻率ω0由式(4-43)知，阻尼比ξ除主要與導(dǎo)軌粘性阻尼系數(shù)，有關(guān)外，還與剛度Ko和質(zhì)量m有關(guān)。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過Kc、m和f等參數(shù)的合理匹配，而使ωo和ξ獲得適當(dāng)?shù)娜≈担员ＷC系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)持性。
當(dāng)分析系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，還應(yīng)考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器的影響。反映在絲杠上的系統(tǒng)力學(xué)方程可表達(dá)為
JS折算到絲杠軸的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1和J2分別是電動(dòng)機(jī)軸及其上齒輪和絲杠軸及其上齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；i是減速器傳動(dòng)比；m是工作臺(tái)質(zhì)量；pL是絲杠導(dǎo)程；fs是絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的當(dāng)量粘性阻尼系數(shù)；f是工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)；θ是絲杠轉(zhuǎn)角；θ1是電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)角，即指令轉(zhuǎn)角；Ks是機(jī)械系統(tǒng)折算到絲杠軸上的總當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度；Ks和kT分別是電動(dòng)機(jī)軸和絲杠軸的扭轉(zhuǎn)剛度。
對(duì)上式進(jìn)行拉式變換并整理，得系統(tǒng)傳遞函數(shù)
ωo稱為機(jī)械系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的無(wú)阻尼固有額率；f稱為機(jī)械系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼比。
顯然，這也是一個(gè)二階振蕩系統(tǒng)，并且在形式上與式(4-41)僅相差一個(gè)比例系數(shù)。
由上述分析可見，影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)持性的主要因素是系統(tǒng)的慣性、剛度和阻尼。一般來講，在設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意增大剛度，減小慣性，以提高固有頻率。但增大剛度往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸加大，慣性也不是越小越好。通常希望按式(4—35)來衡量慣性匹配，按ωn≥300rad／s來設(shè)計(jì)系統(tǒng)剛度。
系統(tǒng)阻尼的影響比較復(fù)雜。較大的系統(tǒng)阻尼不利于定位精度的提高、降低系統(tǒng)的快速響應(yīng)性，但可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小過渡過程中的超調(diào)量，并降低振動(dòng)響應(yīng)的幅值。目前許多伺服系統(tǒng)中采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌，實(shí)踐證明，滾動(dòng)導(dǎo)軌可減小摩擦因數(shù)，提高定位精度和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，但其阻尼較小，常使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度減小，所以在采用滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意采取其他措施來控制阻尼的大小。
對(duì)系統(tǒng)阻尼影響****的是導(dǎo)軌阻尼。導(dǎo)軌的阻尼特性比較復(fù)雜。除去與運(yùn)動(dòng)速度成正比的粘性阻尼系數(shù)外，導(dǎo)軌的靜摩擦，隨運(yùn)動(dòng)方向不同而改變符號(hào)的動(dòng)摩擦，以及造成負(fù)阻尼的摩擦力下降特性等，都是非線性因素。將這些因素折算成等效的粘性阻尼系數(shù)只是一個(gè)近似方法。大量實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)論靜摩擦因數(shù)，還是動(dòng)摩擦因數(shù)，與等效粘性阻尼系數(shù)之間都沒有簡(jiǎn)單的關(guān)系。因而在設(shè)計(jì)時(shí)，要給出具體的阻尼數(shù)據(jù)是困難的。一般除可參照前人的研究成果進(jìn)行定性分析外，應(yīng)通過具體實(shí)驗(yàn)來獲取可靠數(shù)據(jù)。
4.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可與機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，或在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步完成之后進(jìn)行。開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)硬件電路、接口電路、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、控制算法及相應(yīng)控制軟件的具體工程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮硬件與軟件的權(quán)衡、強(qiáng)電與弱電的隔離、電氣與機(jī)械的匹配等問題
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