西门子6ES7 211-1AE40-0XB0技术参数

在开环控制的伺服系统中，由于没有位置检测及反馈装置，为了保证工作精度的要求，必须使其机械系统在任何时刻、任何情况下都能严格跟随步进的运动而运动。

但实际上，在机械系统的输入与输出之间总会有误差存在，其中除了零部件的制造及安装所引起的误差外，还有由于机械系统的动力参数(如刚度、惯量、摩擦、间隙等)所引起的误差。在系统设计时，必须将这些误差控制在允许范围内。

一、死区误差

所谓死区误差（又叫失动量），是指启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值。

产生死区误差的主要原因：

a.传动机构中的间隙

b.导轨运动副间的摩擦力

c.系统和执行元件的启动死区(又称不灵敏区)。

由传动间隙所引起的工作台等效死区误差δc(mm)可按下式计算

式中，p是丝杠导程(mm)；δi是第i个传动副的间隙量(rad)；ii是第i个传动副至丝杠的传动比。

由摩擦力引起的死区误差实质上是在驱动力的作用下，传动机构为克服静摩擦力而产生的弹性变形，包括拉压弹性变形和扭转弹性变形。

由于扭转弹性变形<<拉压弹性变形，常被忽略，于是由拉压弹性变形所引起的摩擦死区误差δμ(mm)为：

式中：

fμ—导轨静摩擦力(n)；

k0—丝杠螺母机构的综合拉压刚度(n/m)。

由电气系统和执行元件的启动死区所引起的工作台死区误差与上述两项相比很小，常被忽略。

如果已采取消除间隙措施，则系统死区误差主要取决于摩擦死区误差。假设静摩擦力主要由工作台重力引起，则工作台反向时的大反向死区误差δ(mm)可按下式求得

式中，

m—工作台质量(kg)；

g—重力加速度，g＝9.8m/s2；

μ0—导轨静摩擦系数；

ωn—丝杠—工作台系统的纵振固有频率(rad/s)。

减小系统死区误差的措施：

1.消除传动间隙；

2.采取措施减小摩擦，提高刚度和固有频率。

对于开环伺服系统为保证单脉冲进给要求，应将死区误差控制在一个脉冲当量以内。

二、由系统刚度变化引起的定位误差

仅讨论由丝杠螺母机构综合拉压刚度的变化所引起的定位误差。

当工作台处于不同位置时，丝杠螺母机构的综合拉压刚度是变化的。

空载条件下，由这一刚度变化所引起的整个行程范围内的大定位误差δkmax(mm)可用下式计算：

式中： fμ—由工作台重力引起的静摩擦力(n)；

k0min和k0max—分别是在工作台行程范围内丝杠的小和大综合拉压刚度(n/m)。

对于开环控制的伺服系统， δkmax(mm)一般应控制在系统允许定位误差的l/3～1/5范围内。

控制信号由系统给定，通过接口和功放电路驱动直流伺服。

功放电路又称功率放大器，目前主要有两种：

1.晶闸管功率放大器

2.晶体管脉冲宽度调制(pwm)功率放大器。

一、pwm晶体管功率放大器的工作原理

1.电压—脉宽变换器

作用：根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。

2.开关功率放大器

作用：对电压—脉宽变换器输出的信号us进行放大，输出具有足够功率的信号up，以驱动直流伺服电动机。

开关功率放大器常采用大功率晶体管构成。根据各晶体管基极所加的控制电压波形，可分为单极性输出、双极性输出和有限单极性输出三种方式。

二、pwm晶体管功率放大器的数学模型

如果忽略功放电路中晶体管的导通压降，则up的幅值与电压uc相等。设三角波周期为t，us的正脉冲宽度为tp，则一个周期内电枢绕组两端的电压ua为：

展开成傅里叶级数，得：

由于晶体管的切换频率(即us的频率)通常高于1000hz，比直流伺服电动机的频带高得多，因而所有的谐波(即交流分量)都将被电动机的低通滤波作用所衰减掉。这样，式中的交流分量可忽略，从而简化为ua=2ucui/utpp。考虑到pwm晶体管功率放大器所具有的限幅特性，可得到其数学模型如下：

三、设计功放电路时应注意的问题

1.切换频率的选择

1)切换频率应使电动机轴产生微振，以克服静摩擦，改善运行特性，但微振的大角位移不应大于允许的角位置误差。

2)切换频率应选得足够高，以使电动机电枢感抗足够大，减小电动机内产生的高频功耗和交流分量的影响。

3)切换频率应高于系统中任一部件的谐振频率，以防止共振产生。

2.大功率晶体管的选择

大功率晶体管工作在开关状态，其允许的开关频率一定要大于切换频率，而且开关特性要好，导通后的压降要小，反向耐压要高，以保证驱动电路和电动机性能的发挥。