數(shù)控機床工作臺位置伺服系統(tǒng)的分析和設計

時間：2021-12-09

數(shù)控機床工作臺位置伺服系統(tǒng)的分析和設計
0 引言位置伺服系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)。因此，在分析和設計這樣的控制系統(tǒng)時，需要用自動控制原理作為其理論基礎，來研究整個系統(tǒng)的動態(tài)性能，進而研究如何把各種元件組成穩(wěn)定的和滿足穩(wěn)定性能指標的控制系統(tǒng)。若原系統(tǒng)不穩(wěn)定可通過調整比例參數(shù)和采用滯后校正使系統(tǒng)達到穩(wěn)定，并選取合適的參數(shù)使系統(tǒng)滿足設計要求。本文介紹位置伺服系統(tǒng)的各組成元件及工作原理、對系統(tǒng)設計和校正。1 位置伺服系統(tǒng)組成元件及工作原理數(shù)控機床工作臺位置伺服系統(tǒng)有不同的形式，一般均可以由給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、校正環(huán)節(jié)、執(zhí)行機構、被控對象或調節(jié)對象和檢測裝置或傳感器等基本元件組成[1]。根據(jù)主機的要求知系統(tǒng)的控制功率比較小、工作臺行程比較大，所以采用閥控液壓達系統(tǒng)。系統(tǒng)方框
?數(shù)控機床工作臺位置伺服系統(tǒng)是指以數(shù)控機床工作臺移動位移為控制對象的自動控制系統(tǒng)。位置伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構，集電力電子器件、控制、驅動及保護為一體。數(shù)控機床的工作臺位置伺服系統(tǒng)輸出位移能自動地、快速而準確地復現(xiàn)輸入位移的變化，是因為工作臺輸出端有位移檢測裝置（位移傳感器）將位移信號轉化為電信號反饋到輸入端構成負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋信號與輸入信號比較得到差壓信號，然后把差壓信號通過伺服放大器轉化為電流信號，送入電液伺服閥（電液轉換、功率放大元件）轉換為大功率的液壓信號（流量與壓力）輸出，從而使液壓馬達的四通滑閥有開口量就有壓力油輸出到液壓馬達，驅動液壓馬達帶動減速齒輪轉動，從而帶動滾珠絲杠運動。因滾珠絲杠與工作臺相連所以當滾珠絲杠運動時，工作臺也發(fā)生相應的位移。設計指標要求：靜態(tài)位置誤差（位置分辨率）2 確定動力元件參數(shù)，選擇位移傳感器和伺服放大器 2.1 計算總負載力負載力有切削力三部分組成。摩擦力具有下降特性，為了簡化可認為與速度無關，是定值，取較大值假定系統(tǒng)是在較
惡劣的負載條件（即所以負載力都存在，且加速度較大）下工作，則總負載力為 2.2 計算液壓馬達排量液壓馬達力矩為
?取，則液壓馬達每轉排量為
?液壓馬達每轉排量為計算出的液壓馬達排量需標準化，按選取的標準化值再計算負載壓力值。本題中液壓馬達排量計算值符合標準。
?2.3 確定伺服閥規(guī)格
?液壓馬達較大轉速為所以負載流量為
?此時伺服閥壓降為
?考慮到泄漏等影響，將增大 15%，取。根據(jù)和，查手冊得額定流量（閥壓降為時的輸出流量）為 8L/min 的閥可以滿足要求，該閥額定電流為
?2.4 位移傳感器和放大器增益
?,放大器增益待定。
?3 系統(tǒng)的動態(tài)品質
?3.1 確定各組成元件的傳遞函數(shù)
?因為負載特性沒有彈性負載，因此液壓馬達和負載的傳遞函數(shù)為
?工作臺質量折算到液壓馬達軸的轉動慣量為
?考慮到齒輪、絲桿和液壓馬達的慣性，取并取液壓馬達的容積則液壓固有頻率為
?假定阻尼比僅由閥的流量壓力系數(shù)產生。零位流量壓力系數(shù)可近似計算為
?液壓阻尼比為
?將值代入式（2）得
?伺服閥的傳遞函數(shù)由樣本查得[4]
?額定流量的閥在供油壓力時，空載流量（式中：為閥壓降），在*二章中，根據(jù)查表得到額定流量（閥壓降為時的輸出流量為 8L/min 的閥可以滿足要求
?所以閥的額定流量增益則伺服閥的傳遞函數(shù)為
?減速齒輪與絲杠的傳遞函數(shù)為
?根據(jù)以上確定的傳遞函數(shù)，用 Simulink 可繪制出數(shù)控機床工作臺位置伺服系統(tǒng)的模型

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