伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：
伺服系統(tǒng)的動力方法設(shè)計(jì)-靜態(tài)設(shè)計(jì)
伺服電機(jī)型號和電機(jī)機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)相互匹配。
控制理論方法設(shè)計(jì)-控制器參數(shù)和動態(tài)性能指標(biāo)
一、慣量匹配：
（一）.等效負(fù)載慣量JL的計(jì)算
1.驅(qū)動回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量：
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| 回轉(zhuǎn)運(yùn)動的動能： |
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| 根據(jù)能量守恒: |
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| 推廣到對多軸系統(tǒng)： |
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2.直線運(yùn)動物體的等效轉(zhuǎn)動慣量：
以絲杠螺母帶動工作臺為例：
直線運(yùn)動工作臺的動能：
將此能量轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動的能量，根據(jù)能量守恒，
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| 推廣到對一般系統(tǒng)： |
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| 3.回轉(zhuǎn)和直線聯(lián)動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量： |
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（二）. 慣量匹配原則
1.步進(jìn)電機(jī)的慣量匹配條件：
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| 帶慣性負(fù)載時的最大啟動頻率： |
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2.交、直流伺服電機(jī)的慣量匹配原則：
對于采用慣量較小的直流伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)
對于采用大慣量直流伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)
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二、容量匹配：
（一）. 等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩[TL]的計(jì)算
根據(jù)能量守恒原理：
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| 有些機(jī)械裝置中有負(fù)載作用的軸不止一個，此時 |
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2.等效摩擦轉(zhuǎn)矩[Tf]的計(jì)算
由于機(jī)械裝置大部分損失的功率是克服摩擦力做功，所以等效摩擦力矩根據(jù)機(jī)械效率做近似 估算：
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3.等效慣性力矩[Ta]的計(jì)算
電機(jī)在變速時，需要一定的加速力矩。
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（二）. 伺服電機(jī)容量匹配原則
1.步進(jìn)電機(jī)的容量匹配
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2.交直流伺服電機(jī)的容量匹配：
直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線分成連續(xù)工作區(qū)、斷續(xù)工作區(qū)、加減速工作區(qū)，三個區(qū)用途不同，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇方法也不一樣。工程上常根據(jù)電機(jī)發(fā)熱條件的等效原則，將重復(fù)短時工作制等效于連續(xù)工作制的電機(jī)來選擇。
三、速度匹配
同樣功率的電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速高則電機(jī)尺寸小，重量輕；電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動比就會越大，這對于減小伺服電機(jī)等效轉(zhuǎn)動慣量，提高電機(jī)負(fù)載能力有利。因此電機(jī)常工作在高轉(zhuǎn)速低扭矩狀態(tài)。但是機(jī)械裝置工作在低轉(zhuǎn)速高扭矩狀態(tài)，所以要在伺服電機(jī)和機(jī)械裝置之間需要減速器匹配。應(yīng)該在對負(fù)載分析的基礎(chǔ)上，合理選擇減速器的減速比。
四、伺服電機(jī)選擇實(shí)例：
（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例
工作臺（拖板）重量W=2000N，拖板導(dǎo)軌之間摩擦系數(shù)μ=0.06，車削是最大切削負(fù)載FZ=2150N，y向切削分力Fy=2FZ=4300N（垂直于導(dǎo)軌），要求刀具切削使得進(jìn)給速度v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=3000mm/min，滾珠絲杠名義直徑d0=32mm，導(dǎo)程tsp=6mm，絲杠總長l=1400mm，拖板最大行程為1150mm，定位精度±0.01mm，試選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。
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| 圖4.18 步進(jìn)電機(jī)帶動工作臺 |
1.脈沖當(dāng)量的選擇：
初選三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75°/1.5°，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時，步距角θ=0.75°，其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)S=360°/θ=480。初選脈沖當(dāng)量δ=0.01mm，根據(jù)脈沖當(dāng)量的定義，可得中間齒輪傳動比i為
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選小齒輪齒數(shù)Z1=20，Z2=25。模數(shù)m=2
2.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
（1）空載時的等效摩擦轉(zhuǎn)矩Tf
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| （2）車削加工時的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL |
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3.等效轉(zhuǎn)動慣量
（1）滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Jsp
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| （2）拖板運(yùn)動慣量換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量JW |
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| （3）大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg2 |
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| （4）小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg1 |
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4.初選電機(jī)型號
已知TL=241.4（N.cm），JL=7.76（N.cm. s2），初選電機(jī)型號為110BF003，
其最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax=800，轉(zhuǎn)子慣量Jm=4.7 （N.cm. s2）由此可得
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滿足慣量匹配和容量匹配的條件
5.速度驗(yàn)算
（1）快進(jìn)速度驗(yàn)算
查步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻曲線得當(dāng)fmax=6000HZ時，
電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tm=90（Ncm）>Tf=11.46,可按此頻率計(jì)算最大進(jìn)給速度v2
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| （2）工進(jìn)速度的驗(yàn)算 |
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綜上所述，可選擇此型號的電機(jī)
（二）直流伺服電機(jī)選擇實(shí)例
線位移脈沖當(dāng)量δ=0.01mm，最大進(jìn)給速度v2=6000mm/min，加速時間0.2s，移動體重量W=2000N，移動速度6m/min，拖板導(dǎo)軌之間摩擦系數(shù)μ=0.065，電機(jī)直接驅(qū)動絲杠。絲杠外徑55mm，試選擇合適的直流伺服電機(jī)。
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圖4.19 直流伺服電機(jī)帶動工作臺
1.根據(jù)脈沖當(dāng)量確定絲杠導(dǎo)程和齒輪傳動比：
已知δ和編碼器分辨率，可知步距角
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| 換算到電機(jī)軸上 |
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| 2.所需電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 |
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編碼器軸上轉(zhuǎn)速
3.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
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| 預(yù)緊力F2=F1/3=433.33（N） |
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| 4.等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 |
移動體
傳動體
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5.初選電機(jī)型號
已知TL=200.45（N.cm），JL=245（kg.cm2），初選電機(jī)型號為CN-800-10，
其最大靜轉(zhuǎn)矩TR=830 （N.cm）， 轉(zhuǎn)子慣量Jm=91 （kg.cm2）由此可得
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| 6.計(jì)算電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩Tm |
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