(6.2)
2
v j k i J m J eq i j i 1 j 1 k k
m 2 n
m 2 n
(6.3)
用工程上常用的单位，可将上式改写为
n v 900 j k i J m J eq i j 2 i n n 1 j 1 k k
下面以机床工作台的伺服进给系统为例加以说明
图6.1 伺服进给系统示意
1) 求等效转动惯量Jkeq。该系统运动部件的动能总和为
n 1m 2 1 2 E m Jj iv i j 2i 2 1 j 1
(6.1)
设等效到执行元件输出轴上的总动能为
由于E=Ek 故
1 k 2 Ek Jeq k 2
第6章
机电一体化系统的机电有机结合 分析与设计
第6章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
机电一体化
本章要求：

了解：机电一体化系统的稳态设计、动态设计及 可靠性、安全性设计。
第6章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
机电一体化
机电一体化系统的稳态与动态设计
以机电伺服系统为例说明机电一体化系统设计的一般考虑方法。 位置伺服控制系统和速度伺服控制系统的共同点是通过系统执行元件 直接或经过传动系统系统驱动被控对象，从而完成所需要的机械运动。 因此，工程上是围绕机械运动的规律和运动参数对它们提出技术要求的 设计过程： 1.了解被控对象的特点和对系统的具体要求，通过调查研究制定出系 统的设计方案（初步设计方案） 2.进行定量的分析计算，先是稳态设计计算，后是动态设计计算（详 细的设计方案） 3.样机试验与调试，确定系统的实际电路与实际参数。 此外，设计过程中，要充分注意系统的安全性、可靠性要求。
第6章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
机电一体化
稳态设计包括使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件的参
数选择、功率（或转矩）的匹配及过载能力的验算、各主要元部件 的选择与控制电路设计、信号的有效传递、各级增益的分配、各级
之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，为后面动态设计中的校正补偿装
置的引入留有余地。 动态设计主要是设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标要 求;通常要进行计算机仿真，或借助计算机进行辅助设计 作用：考虑了机电参数的有机结合与匹配，有利于减少盲目性和 加快样机的调试和电路参数的确定。
(6.8)
3) 计算举例。求等效到电动 机轴上的等效转动惯量Jmeq和 等效转矩Tmeq
解：1)求Jmeq ，根据式(6.4)可得
2 n d z mz Ⅱ 2 1 2 v n n mz / 60000 因为 A m m 1 60 2 z 1000 60 2
v m 900 2 A J 2m J J J ( n n ) eq A m Ⅰ Ⅱ Ⅱ m n m
的机电一体化系统。
1
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机电一体化
6.1 机电有机结合之一 ——机电一体化系统的稳态设计考虑方法
6.1.1 典型负载分析 (1)典型负载 为便于分析，将具体的负载分解为几种典型负载，使定量设计计算 得以顺利进行 ◆ 惯性负载 ◆ 弹性负载
◆ 外力负载
◆ 摩擦负载
择，应与被控对象的固有参数（如质量、转动惯量等）相互匹配。
因此，要将被控对象相关部件的固有参数及其所受的负载（力或转 矩等）等效换算到执行元件的输出轴上，即计算其输出轴承受的等
效转动惯量和等效负载转矩（回转运动）或计算等效质量和等效力
（直线运动）。
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机电一体化
控制器 输入指令
调节 元件
输出量 执行元件 被控对象
比较元件
测量、反馈 元件 伺服系统基本结构方框图
电气控制装置
执行元件
机械执行 装置 传 感 器
由两部分组成： 电气控制装置部分 机械执行装置部分


伺服系统组成
在控制信号传递路线上，以执行元件作为接口
在反馈信号传递路线上，以传感器作为接口
许多机电一体化产品需要对输出量进行跟踪控制，因而伺服系统是 机电一体化产品的一个重要组成部分，而且往往是实现某些产品目 的功能的主体。伺服系统离不开机械技术和电子技术的综合运用， 其功能是通过机电结合才得以实现的，因此，它本身就是一个典型
k kt
则执行元件所作的功为
k W T k eq kt
(6.6)
n
由于W=Wk 故
T F v T i i/ k j j/ k
k eq i 1 j 1
m
(6.7)用工程上常用的来自位，可将上式改写为 m n 30 n v k j i T F T eq i j n n k k i 1 j 1
伺服系统基本概念
伺服系统也称之为随动系统，是一种能够跟踪输入的指令进行动作，从 而获得精确的位置、速度或力、力矩输出的自动控制系统。大多数伺服 系统具有检测反馈回路，因而伺服系统是一种反馈控制系统。它是根据 输入的指令值与输出的物理量之间的偏差进行动作控制的，其工作过程 是一个偏差不断产生，又不断消除的动态过渡过程。
负载分析的目的：获得负载的综合定量数值，为选择与之匹配的 执行元件及进行动态设计分析打下基础。
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机电一体化
6.1 机电有机结合之一 ——机电一体化系统的稳态设计考虑方法
6.1.1 典型负载分析 (2)负载的等效换算 被控对象的运动有直线运动和回转运动 被控对象与执行元件有直接联系的，也有通过传动装置联接的。 执行元件的额定转矩（或力、功率）、加减速控制及制动方案的选
式中：nk_——执行元件的转速(r/min)
2
(6.4)
第6章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
机电一体化
2) 求等效负载转矩Tkeq。设上述系统在时间t内克服负载所作 功的总和为 m n W F T iv it j jt (6.5)
i 1 j 1
同理，执行元件输出轴在时间t内的转角为