問題二:慣性匹配
在伺服系統(tǒng)選型及調(diào)試中,常會碰到慣量問題!
具體表現(xiàn)為:
1、在伺服系統(tǒng)選型時,除考慮電機(jī)的扭矩和額定速度等等因素外,我們還需要先計(jì)算得知機(jī)械系統(tǒng)換算到電機(jī)軸的慣量,再根據(jù)機(jī)械的實(shí)際動作要求及加工件質(zhì)量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機(jī);
2、在調(diào)試時(手動模式下),正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前題,此點(diǎn)在要求高速高精度的系統(tǒng)上表現(xiàn)由為突出(臺達(dá)伺服慣量比參數(shù)為1-37,JL/JM)。這樣,就有了慣量匹配的問題!
那到底什么是“慣量匹配”呢?
1、根據(jù)牛頓第二定律:“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動慣量J×角加速度θ
角加速度θ影響系統(tǒng)的動態(tài)特性,θ越小,則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時間越長,系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果θ變化,則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢,影響加工精度。由于馬達(dá)選定后最大輸出T值不變,如果希望θ的變化小,則J應(yīng)該盡量小。
2、進(jìn)給軸的總慣量“J=伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性動量JM+電機(jī)軸換算的負(fù)載慣性動量JL
負(fù)載慣量JL由(以工具機(jī)為例)工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動件的慣量折合到馬達(dá)軸上的慣量組成。JM為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量,伺服電機(jī)選定后,此值就為定值,而JL則隨工件等負(fù)載改變而變化。如果希望J變化率小些,則最好使JL所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量匹配”。
知道了什么是慣量匹配,那慣量匹配具體有什么影響又如何確定呢?
影響:
傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度,穩(wěn)定性,動態(tài)響應(yīng)都有影響,慣量大,系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大,響應(yīng)慢,會使系統(tǒng)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(yīng)速度,慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時有利,因此,機(jī)械設(shè)計(jì)時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下,應(yīng)盡量減小慣量。
確定:
衡量機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性時,慣量越小,系統(tǒng)的動態(tài)特性反應(yīng)越好;慣量越大,馬達(dá)的負(fù)載也就越大,越難控制,但機(jī)械系統(tǒng)的慣量需和馬達(dá)慣量相匹配才行。不同的機(jī)構(gòu),對慣量匹配原則有不同的選擇,且有不同的作用表現(xiàn)。例如,CNC中心機(jī)通過伺服電機(jī)作高速切削時,當(dāng)負(fù)載慣量增加時,會發(fā)生:
(1)控制指令改變時,馬達(dá)需花費(fèi)較多時間才能達(dá)到新指令的速度要求;
(2)當(dāng)機(jī)臺沿二軸執(zhí)行弧式曲線快速切削時,會發(fā)生較大誤差:
①一般伺服電機(jī)通常狀況下,當(dāng)JL≦JM,則上面的問題不會發(fā)生
②當(dāng)JL=3×JM,則馬達(dá)的可控性會些微降低,但對平常的金屬切削不會有影響。(高速曲線切削一般建議JL≦JM)
③當(dāng)JL≧3×JM,馬達(dá)的可控性會明顯下降,在高速曲線切削時表現(xiàn)突出
不同的機(jī)構(gòu)動作及加工質(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(jù)機(jī)械的工藝特點(diǎn)及加工質(zhì)量要求來確定。
問題三、伺服電機(jī)選型
在選擇好機(jī)械傳動方案以后,就必須對伺服電機(jī)的型號和大小進(jìn)行選擇和確認(rèn)。
(1)選型條件 — 一般情況下,選擇伺服電機(jī)需滿足下列情況:
● 馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速>系統(tǒng)所需之最高移動轉(zhuǎn)速;
● 馬達(dá)的轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配;
● 連續(xù)負(fù)載工作扭力≦馬達(dá)額定扭力;
● 馬達(dá)最大輸出扭力>系統(tǒng)所需最大扭力(加速時扭力)。
(2)選型計(jì)算:
● 慣量匹配計(jì)算(JL/JM)
● 回轉(zhuǎn)速度計(jì)算(負(fù)載端轉(zhuǎn)速,馬達(dá)端轉(zhuǎn)速)
● 負(fù)載扭矩計(jì)算(連續(xù)負(fù)載工作扭矩,加速時扭矩)
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