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怎样应用伺服电机的结构和分类 功能介绍伺服电机常见的维修知识

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:32 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
伺服电机在有些机械上使用时经常会发生噪声过大和负载运转不稳定的现象,大多人的初步认为这是电机的质量问题,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。    在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机驱动器">伺服电机驱动器引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。  举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机驱动器通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程: 当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到象电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩; 随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。   当然,以上只是噪起,不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。
        针对伺服电机远程控制接线复杂、控制单一、可靠性不高等问题,提出利用CANopen通信协议、驱动子协议实现伺服电机控制的新方法。分析协议的对象字典和报文格式,详细介绍了伺服电机厂家伺服控制状态机各步骤的转换以及实现CANopen协议下PP、PV、HM3钟伺服控制模式的报文设置。利用CAN卡和伺服驱动设备以及伺服驱动设备以及PC机构建了实验平台,在上位机界面通过报文设置成功实现了基于协议的伺服电机的PP、PV、HM的三种模式的控制。实脸结果表明利用协议的报文设置控制电机简单易操作,通讯数据快速、可靠,用户通过上位机可以很好的实现对伺服电机的监控。?系统架构搭建整个控制系统由PC机、CANopen上位机、USBCAN适配器、伺服驱动设备构成。通讯部分由DS301协议实现,伺服控制部分由DSP402协议实现伺服驱动设备作为的从节点,具有通讯功能,负责电机的电流、转速、位置等控制对象,它通过通信接口与总线相连,将信息传送给计算机的上位机界面;上位机界面则根据从站的反馈信息通过USBCAN适配器对伺服驱动设备实现控制。
        找到了问题根源所在,再来解决当然就容易多了,针对以上例子,您可以:   (1)增加机械刚性和降低系统的惯性,减少机械传动部位的响应时间,如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带;   (2)降低伺服系统的响应速度,减少伺服系统的控制带宽,如降低伺服系统的增益参数值。   当然,以上只是噪声、不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。   问题二 惯性匹配   在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题!   具体表现为:  1、在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;  2、在调试时(手动模式下),正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(台达伺服惯量比参数为1-37,JL/JM)。这样,就有了惯量匹配的问题!   那到底什么是“惯量匹配”呢?   1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ角加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。   2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL负载惯量JL由(以工具机为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。知道了什么是惯量匹配,那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?   影响:   传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。
        伺服电机驱动器相关参数设置方法:1、位置比例增益:设定位置环调节器的比例增益。设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。参数数值由具体的伺服驱动器系统型号和负载情况而定。2、速度积分时间常数:设定速度调节器的积分时间常数。设置值越小,积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大。在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较小的值。3、位置前馈增益:设定位置环的前馈增益。设定值越大时,表示在任何频率的指令脉冲下,位置滞后量越小位置环的前馈增益大,控制系统的高速响应特性提高,但会使系统的位置不稳定,容易产生振荡。不需要很高的响应特性时,本参数通常设为0表示范围:0~100% 。4、速度比例增益:设定速度调节器的比例增益。设置值越大,增益越高,刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大。在伺服驱动器系统不产生振荡的条件下,尽量设定较大的值。
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