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伺服系統是機電產(chǎn)品中的重要環(huán)節，它能提供最高水平的動(dòng)態(tài)響應和扭矩密度，所以拖動(dòng)系統的發(fā)展趨勢是用交流伺服驅動(dòng)取替傳統的液壓、直流、步進(jìn)和AC變頻調速驅動(dòng)，以便使系統性能達到一個(gè)全新的水平，包括更短的周期、更高的生產(chǎn)率、更好的可靠性和更長(cháng)的壽命。為了實(shí)現伺服電機的更好性能，就必須對伺服電機的一些使用特點(diǎn)有所了解。

 

伺服電機在使用中的常見(jiàn)問(wèn)題。

問(wèn)題一：噪聲，不穩定

 

客戶(hù)在一些機械上使用伺服電機時(shí)，經(jīng)常會(huì )發(fā)生噪聲過(guò)大，電機帶動(dòng)負載運轉不穩定等現象，出現此問(wèn)題時(shí)，許多使用者的第一反應就是伺服電機質(zhì)量不好，因為有時(shí)換成步進(jìn)電機或是變頻電機來(lái)拖動(dòng)負載，噪聲和不穩定現象卻反而小很多。表面上看，確實(shí)是伺服電機的原故，但我們仔細分析伺服電機的工作原理后，會(huì )發(fā)現這種結論是完全錯誤的。

交流伺服系統包括：伺服驅動(dòng)、伺服電機和一個(gè)反饋傳感器(一般伺服電機自帶光學(xué)偏碼器)。所有這些部件都在一個(gè)控制閉環(huán)系統中運行：驅動(dòng)器從外部接收參數信息，然后將一定電流輸送給電機，通過(guò)電機轉換成扭矩帶動(dòng)負載，負載根據它自己的特性進(jìn)行動(dòng)作或加減速，傳感器測量負載的位置，使驅動(dòng)裝置對設定信息值和實(shí)際位置值進(jìn)行比較，然后通過(guò)改變電機電流使實(shí)際位置值和設定信息值保持一致，當負載突然變化引起速度變化時(shí)，偏碼器獲知這種速度變化后會(huì )馬上反應給伺服驅動(dòng)器，驅動(dòng)器又通過(guò)改變提供給伺服電機的電流值來(lái)滿(mǎn)足負載的變化，并重新返回到設定的速度。交流伺服系統是一個(gè)響應非常高的全閉環(huán)系統，負載波動(dòng)和速度較正之間的時(shí)間滯后響應是非?？斓?，此時(shí)，真正限制了系統響應效果的是機械連接裝置的傳遞時(shí)間。

 

舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子：有一臺機械，是用伺服電機通過(guò)V形帶傳動(dòng)一個(gè)恒定速度、大慣性的負載。整個(gè)系統需要獲得恒定的速度和較快的響應特性，分析其動(dòng)作過(guò)程：

當驅動(dòng)器將電流送到電機時(shí)，電機立即產(chǎn)生扭矩；一開(kāi)始，由于V形帶會(huì )有彈性，負載不會(huì )加速到象電機那樣快；伺服電機會(huì )比負載提前到達設定的速度，此時(shí)裝在電機上的偏碼器會(huì )削弱電流，繼而削弱扭矩；隨著(zhù)V型帶張力的不斷增加會(huì )使電機速度變慢，此時(shí)驅動(dòng)器又會(huì )去增加電流，周而復始。

在此例中，系統是振蕩的，電機扭矩是波動(dòng)的，負載速度也隨之波動(dòng)。其結果當然會(huì )是噪音、磨損、不穩定了。不過(guò)，這都不是由伺服電機引起的，這種噪聲和不穩定性，是來(lái)源于機械傳動(dòng)裝置，是由于伺服系統反應速度(高)與機械傳遞或者反應時(shí)間(較長(cháng))不相匹配而引起的，即伺服電機響應快于系統調整新的扭矩所需的時(shí)間。

 

找到了問(wèn)題根源所在，再來(lái)解決當然就容易多了，針對以上例子，您可以：

(1)增加機械剛性和降低系統的慣性，減少機械傳動(dòng)部位的響應時(shí)間，如把V形帶更換成直接絲桿傳動(dòng)或用齒輪箱代替V型帶。

(2)降低伺服系統的響應速度，減少伺服系統的控制帶寬，如降低伺服系統的增益參數值。

 

當然，以上只是噪起，不穩定的原因之一，針對不同的原因，會(huì )有不同的解決辦法，如由機械共振引起的噪聲，在伺服方面可采取共振抑制，低通濾波等方法，總之，噪聲和不穩定的原因，基本上都不會(huì )是由于伺服電機本身所造成。

問(wèn)題二：慣性匹配

 

在伺服系統選型及調試中，常會(huì )碰到慣量問(wèn)題！

具體表現為：

1在伺服系統選型時(shí)，除考慮電機的扭矩和額定速度等等因素外，我們還需要先計算得知機械系統換算到電機軸的慣量，再根據機械的實(shí)際動(dòng)作要求及加工件質(zhì)量要求來(lái)具體選擇具有合適慣量大小的電機；

2在調試時(shí)(手動(dòng)模式下)，正確設定慣量比參數是充分發(fā)揮機械及伺服系統最佳效能的前題，此點(diǎn)在要求高速高精度的系統上表現由為突出(臺達伺服慣量比參數為1-37，JL/JM)。

影響：傳動(dòng)慣量對伺服系統的精度，穩定性，動(dòng)態(tài)響應都有影響，慣量大，系統的機械常數大，響應慢，會(huì )使系統的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應速度，慣量的適當增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，機械設計時(shí)在不影響系統剛度的條件下，應盡量減小慣量。

 

如何確定：衡量機械系統的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，慣量越小，系統的動(dòng)態(tài)特性反應越好；慣量越大，馬達的負載也就越大，越難控制，但機械系統的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現。

例如，CNC中心機通過(guò)伺服電機作高速切削時(shí)，當負載慣量增加時(shí)，會(huì )發(fā)生：

1.控制指令改變時(shí)，馬達需花費較多時(shí)間才能達到新指令的速度要求；2.當機臺沿二軸執行弧式曲線(xiàn)快速切削時(shí)，會(huì )發(fā)生較大誤差1.一般伺服電機通常狀況下，當JL≦JM，則上面的問(wèn)題不會(huì )發(fā)生；

2.當JL=3×JM，則馬達的可控性會(huì )些微降低，但對平常的金屬切削不會(huì )有影響。(高速曲線(xiàn)切削一般建議JL≦JM)；

3.當JL≧3×JM，馬達的可控性會(huì )明顯下降，在高速曲線(xiàn)切削時(shí)表現突出。

 

不同的機構動(dòng)作及加工質(zhì)量要求對JL與JM大小關(guān)系有不同的要求，慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點(diǎn)及加工質(zhì)量要求來(lái)確定。

問(wèn)題三：伺服電機選型

 

在選擇好機械傳動(dòng)方案以后，就必須對伺服電機的型號和大小進(jìn)行選擇和確認。

(1)選型條件

一般情況下，選擇伺服電機需滿(mǎn)足下列情況

1.馬達最大轉速>系統所需之最高移動(dòng)轉速。

2.馬達的轉子慣量與負載慣量相匹配。

3連續負載工作扭力≦馬達額定扭力

4.馬達最大輸出扭力>系統所需最大扭力(加速時(shí)扭力)

 

(2)選型計算

1.慣量匹配計算(JL/JM)

2.回轉速度計算(負載端轉速，馬達端轉速)

3.負載扭矩計算(連續負載工作扭矩，加速時(shí)扭矩)

來(lái)源----中國液壓技術(shù)