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      伺服電機的剛度和慣性的理解

      更新時間:2019-05-15  點擊次數:2915次

      說到剛性,首先要談到剛度。 

      剛度是指材料或結構在應力下抵抗彈性變形的能力,是材料或結構彈性變形難度的表示。材料的剛度通常用彈性模量e來衡量,在宏觀彈性范圍內,剛度是載荷與零件位移的比例系數,即引起單位位移所需的力。它的倒數稱為柔量,即單位力引起的位移。剛度可分為靜態剛度和動態剛度。 

      結構的剛度(k)是指彈性體抵抗變形和拉伸的能力。 

      k=P/δ 

      p是作用在結構上的恒定力,δ是力引起的變形。 

      旋轉結構的旋轉剛度(k)為: 

      k=M/θ 

      其中m是施加的力矩,θ是旋轉角度。 

      例如,我們知道鋼管相對較硬,外力引起的變形一般較小,而橡皮筋相對較軟,相同力引起的變形相對較大。然后我們說鋼管剛性強,橡皮筋剛性弱,或者它們的柔韌性強。 

      在伺服電機的應用中,聯軸器是連接電機和負載的典型剛性連接。使用同步帶或皮帶連接電機和負載是典型的柔性連接。 

      電機的剛度是電機軸抵抗外部扭矩干擾的能力,我們可以在伺服控制器中調節電機的剛度。 

      伺服電機的機械剛度與其響應速度有關。通常,剛性越高,響應速度就越高。然而,如果調節過高,電機的機械共振將很容易發生。因此,可以選擇手動調整一般伺服放大器參數中的響應頻率。根據機械諧振點(實際上是增益調整參數)進行調整需要時間和經驗。 

      在伺服系統位置模式下,施加一個力來偏轉電機。如果力大而偏角小,則伺服系統被認為是剛性的,而伺服剛度被認為是弱的。請注意,我在這里談論的剛性實際上更接近于響應速度的概念。從控制器的角度來看,剛度實際上是一個由速度環、位置環和時間積分常數組成的參數,其大小決定了機器的響應速度。 

      松下和三菱伺服系統都有自動增益功能,通常不需要特殊調整。有些國產伺服系統只能手動調節。 

      事實上,如果不需要快速定位,只要定位準確,當阻力不大、剛度低時,也可以實現精確定位,但定位時間長。因為如果剛性低,定位慢,如果響應快,定位時間短,就會有定位不準確的錯覺。 

      然而,慣性描述了物體運動的慣性,轉動慣量是物體繞軸轉動慣量的量度。慣性矩只與旋轉半徑和物體質量有關。通常,負載的慣性超過電機轉子慣性的10倍,這可以被認為更大。 

      導軌和絲杠的轉動慣量對伺服電機驅動系統的剛度有很大影響。在固定增益下,轉動慣量越大,剛性越大,電機振動的可能性就越大。慣性矩越小,電機的剛性就越小,震動的可能性就越小。通過更換較小直徑的導軌和螺桿可以減小轉動慣量,從而減小負載慣量,防止電機晃動。 

      我們知道,通常在選擇伺服系統時,除了要考慮電機的扭矩和額定速度等參數外,我們還需要計算和知道轉換成電機軸的機械系統的慣性,然后根據機器的實際動作要求和被加工零件的質量要求選擇具有合適慣性的電機。 

      在調試過程中(手動模式),正確設置慣性比參數是充分發揮機械和伺服系統最佳效率的前提。 

      什么是“慣性匹配”? 事實上,不難理解,根據牛二定律: 

      進料系統所需扭矩=系統慣性矩J ×角加速度θ 

      角加速度θ影響系統的動態特性。θ越小,從控制器到系統執行完成的時間越長,系統響應越慢。如果θ發生變化,系統響應將快速而緩慢,影響加工精度。 

      選擇伺服電機后,最大輸出值不會改變。如果θ的變化預計較小,則J應盡可能小。 

      另一方面,系統慣性矩j =伺服電機慣性矩JM+從電機軸轉換而來的負載慣性矩JL。 

      負載慣性JL由工作臺、安裝在工作臺上的夾具、工件、螺釘、聯軸器和其他線性和旋轉運動部件的慣性組成,這些部件折疊在電機軸上。JM是伺服電機轉子的慣性。選擇伺服電機后,該值將為固定值,而JL將隨著負載(如工件)的變化而變化。如果J的變化率預計較小,最好讓JL占較小的比例。 

      這是普遍意義上的“慣性匹配”。 

      一般來說,慣性小的電機制動性能好,啟停加速響應快,高速往復運動好,適用于一些輕負載、高速定位的場合。大中型慣性電機適用于高負載、高穩定性要求的場合,如一些圓周運動機構和一些機床行業。 

      因此,伺服電機的剛性太高,剛性不夠。通常,需要調整控制器增益來改變系統響應。慣性過大和慣性不足是指負載慣性變化和伺服電機慣性之間的相對比較。

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