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伺服電機在使用中的常見(jiàn)問(wèn)題


來(lái)源:本站 更新日期:2018-4-24 瀏覽:6281


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)

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