I servosistemi sono parte integrante dei prodotti elettromeccanici e forniscono il massimo livello di risposta dinamica e densità di coppia. Per questo motivo, la tendenza nello sviluppo dei sistemi di azionamento è quella di sostituire i tradizionali azionamenti a velocità variabile idraulici, CC, passo-passo e CA con servoazionamenti CA. Questa transizione mira a elevare le prestazioni del sistema a un nuovo livello, tra cui [...]
I servosistemi sono parte integrante dei prodotti elettromeccanici e forniscono il massimo livello di risposta dinamica e densità di coppia.
Pertanto, la tendenza nello sviluppo dei sistemi di azionamento è quella di sostituire i tradizionali azionamenti a velocità variabile idraulici, CC, passo-passo e CA con servoazionamenti CA.
Questa transizione mira a elevare le prestazioni del sistema a un nuovo livello, con cicli più brevi, maggiore produttività, migliore affidabilità e durata più lunga.
Per massimizzare le prestazioni dei servomotori, è essenziale comprendere alcune delle loro caratteristiche di utilizzo.
Spesso i clienti riscontrano un rumore eccessivo e un funzionamento instabile quando utilizzano i servomotori su determinate macchine. Quando si verificano questi problemi, la prima reazione di molti utenti è quella di mettere in dubbio la qualità del servomotore.
Infatti, quando si passa ai motori passo-passo o ai motori a frequenza variabile per azionare il carico, il rumore e l'instabilità spesso diminuiscono in modo significativo.
A prima vista, sembra effettivamente un problema con il servomotore.
Tuttavia, un'attenta analisi del principio di funzionamento del servomotore rivela che questa conclusione è del tutto errata.
Il servosistema CA è composto da un servoazionamento, un servomotore e un sensore di retroazione (in genere, il servomotore è dotato di un encoder ottico).
Tutti questi componenti operano all'interno di un sistema di controllo ad anello chiuso: l'azionamento riceve informazioni sui parametri dall'esterno, quindi eroga una corrente specifica al motore, che la converte in coppia per azionare il carico.
Il carico esegue azioni o accelera/decelera in base alle sue caratteristiche.
Il sensore misura la posizione del carico, consentendo al dispositivo di azionamento di confrontare il valore di informazione impostato con il valore di posizione effettivo. Regola quindi la corrente del motore per mantenere il valore di posizione effettivo coerente con il valore di informazione impostato.
Quando una variazione improvvisa del carico provoca una variazione di velocità, l'encoder trasmette immediatamente questa variazione di velocità al servoazionamento.
L'azionamento modifica quindi la corrente fornita al servomotore per adattarsi alla variazione del carico e tornare alla velocità preimpostata.
Il servosistema CA è un sistema ad anello chiuso altamente reattivo, in cui il tempo di risposta tra la fluttuazione del carico e la correzione della velocità è molto rapido. A questo punto, la principale limitazione alla risposta del sistema è il tempo di trasmissione del dispositivo di collegamento meccanico.
Per fornire un semplice esempio: si consideri una macchina che utilizza un servomotore per azionare un carico a velocità costante e ad alta inerzia tramite una cinghia trapezoidale. L'intero sistema deve mantenere una velocità costante e caratteristiche di risposta rapide. Analizziamo il suo processo di funzionamento.
Quando l'azionamento eroga corrente al motore, quest'ultimo genera immediatamente una coppia. Inizialmente, a causa dell'elasticità della cinghia trapezoidale, il carico non accelera con la stessa velocità del motore.
Il servomotore raggiunge la velocità impostata prima del carico, a questo punto l'encoder montato sul motore indebolisce la corrente, riducendo di conseguenza la coppia. Quando la tensione della cinghia trapezoidale aumenta continuamente, la velocità del motore rallenta.
Quindi, il driver aumenta nuovamente la corrente e il ciclo si ripete. Account ufficiale: SolidWorks Progettazione meccanica non standard.
In questo caso, il sistema oscilla, la coppia del motore oscilla e la velocità del carico oscilla di conseguenza.
Il rumore, l'usura e l'instabilità che ne derivano sono inevitabili. Tuttavia, questi non sono causati dal servomotore. Il rumore e l'instabilità provengono dal dispositivo di trasmissione meccanica e sono dovuti a uno squilibrio tra l'alta velocità di risposta del servosistema e il tempo di trasmissione meccanica o di risposta più lungo.
In altre parole, la risposta del servomotore è più veloce del tempo necessario al sistema per adattarsi alla nuova coppia.
Dopo aver identificato la radice del problema, risolverlo diventa molto più facile. Facendo riferimento all'esempio precedente, si potrebbe:
(1) Aumentare la rigidità meccanica e ridurre l'inerzia del sistema, diminuendo così il tempo di risposta delle parti meccaniche della trasmissione. Ad esempio, sostituire le cinghie trapezoidali con trasmissioni a vite diretta o utilizzare riduttori al posto delle cinghie trapezoidali.
(2) Rallentare la velocità di risposta del servosistema e ridurre la larghezza di banda di controllo del servosistema, ad esempio diminuendo il valore del guadagno del servosistema.
Naturalmente, queste sono solo alcune delle cause di rumore e instabilità. Esistono soluzioni diverse per cause diverse. Ad esempio, il rumore causato dalla risonanza meccanica può essere affrontato implementando la soppressione della risonanza o il filtraggio passa-basso nel servosistema. In conclusione, le cause del rumore e dell'instabilità non sono generalmente imputabili al servomotore stesso.
Durante la selezione e la messa a punto dei servosistemi, si presenta spesso il problema dell'inerzia. In particolare, si manifesta come segue:
1. Quando si sceglie un servosistema, oltre a considerare fattori quali la coppia e la velocità nominale del motore, occorre innanzitutto calcolare l'inerzia del sistema meccanico convertita nell'albero del motore.
Quindi scegliamo un motore con un'inerzia di dimensioni adeguate, in base alle effettive esigenze di azione della macchina e ai requisiti di qualità del pezzo.
2. Durante la messa a punto (in modalità manuale), l'impostazione corretta del parametro del rapporto di inerzia è un prerequisito per massimizzare le prestazioni della macchina e del servosistema.
Questo punto è particolarmente importante nei sistemi che richiedono alta velocità e alta precisione (il parametro del rapporto di inerzia del servo Delta è 1-37, JL/JM). Si pone quindi il problema dell'adattamento dell'inerzia! Che cos'è esattamente il "matching d'inerzia"?
1. Secondo la seconda legge di Newton, la coppia necessaria per il sistema di alimentazione, T, è uguale al momento d'inerzia del sistema, J, moltiplicato per l'accelerazione angolare, θ. L'accelerazione angolare θ influisce sulle caratteristiche dinamiche del sistema. Più θ è piccolo, più lungo è il tempo che intercorre tra il comando del controllore e l'esecuzione del sistema, con conseguente rallentamento della risposta del sistema. Se θ oscilla, la risposta del sistema varierà in velocità, influenzando la precisione della lavorazione. Dato che l'uscita massima T rimane costante una volta selezionato il motore, se vogliamo variazioni minime di θ, J deve essere il più piccolo possibile.
2. L'inerzia totale dell'albero di alimentazione, J, è uguale all'inerzia di rotazione del servomotore, JM, più l'inerzia del carico convertita dall'albero motore, JL. L'inerzia del carico JL è costituita dall'inerzia di componenti lineari e rotanti come la tavola di lavoro (nel caso di macchine utensili), le attrezzature e i pezzi su di essa, la vite, il giunto, ecc. JM rappresenta l'inerzia del rotore del servomotore, che è costante una volta selezionato il servomotore, mentre JL fluttua con le variazioni del carico, come il pezzo in lavorazione. Se si desidera che il tasso di variazione di J sia minore, è meglio ridurre al minimo la proporzione occupata da JL. Questa operazione viene comunemente definita "adattamento dell'inerzia".
Ora che abbiamo capito cos'è la corrispondenza d'inerzia, quali impatti specifici ha e come si determina?
Impatto:
L'inerzia dell'azionamento influisce sulla precisione, sulla stabilità e sulla risposta dinamica del servosistema. Un'inerzia maggiore comporta una costante meccanica di sistema maggiore, una risposta più lenta e una riduzione del sistema. frequenza naturale, potenzialmente in grado di provocare una risonanza.
Questo limita la larghezza di banda del servo e influisce sulla precisione e sulla velocità di risposta del servo.
Un aumento appropriato dell'inerzia è vantaggioso solo quando si tratta di migliorare lo strisciamento a bassa velocità. Pertanto, nella progettazione meccanica, occorre cercare di ridurre al minimo l'inerzia senza compromettere la rigidità del sistema.
Determinazione:
Quando si valutano le caratteristiche dinamiche di un sistema meccanico, quanto più piccola è l'inerzia, tanto migliore è la risposta dinamica del sistema. Al contrario, un'inerzia maggiore comporta un carico maggiore per il motore, rendendo il controllo più impegnativo.
Tuttavia, l'inerzia del sistema meccanico deve corrispondere all'inerzia del sistema meccanico. inerzia del motore. I diversi meccanismi hanno diverse selezioni per i principi di accoppiamento d'inerzia, ciascuno con visualizzazioni funzionali uniche.
Ad esempio, durante il taglio ad alta velocità con a CNC centro di lavoro tramite un servomotore, quando l'inerzia del carico aumenta, si verifica quanto segue:
(1) Quando i comandi di controllo cambiano, il motore impiega molto tempo per raggiungere la velocità richiesta dalla nuova istruzione;
(2) Possono verificarsi errori significativi quando la macchina opera su due assi per eseguire un taglio arcuato veloce:
i. In circostanze normali con i servomotori tipici, se JL è inferiore o uguale a JM, non si verificheranno i problemi sopra descritti.
ii. Se JL è pari a 3 volte JM, la controllabilità del motore diminuisce leggermente, ma non influisce sulla routine. taglio del metallo. (Per il taglio di curve ad alta velocità, si raccomanda generalmente che JL sia inferiore o uguale a JM).
iii. Quando JL è pari o superiore a 3 volte JM, la controllabilità del motore diminuisce significativamente, il che è particolarmente evidente durante il taglio di curve ad alta velocità.
Le diverse azioni meccaniche e i requisiti di qualità della lavorazione richiedono relazioni diverse tra JL e JM.
La determinazione della corrispondenza dell'inerzia deve basarsi sulle caratteristiche tecnologiche della macchina e sui requisiti di qualità del processo di lavorazione.
Dopo aver messo a punto lo schema di trasmissione meccanica, è necessario selezionare e confermare il modello e le dimensioni del servomotore.
(1) Criteri di selezione
In generale, la scelta di un servomotore deve soddisfare le seguenti situazioni:
(2) Calcoli di selezione
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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