Сервосистемы являются неотъемлемой частью электромеханических изделий, обеспечивая высочайший уровень динамического отклика и плотности крутящего момента. Поэтому тенденция развития приводных систем заключается в замене традиционных гидравлических, постоянных, шаговых и переменных приводов с переменной скоростью вращения на сервоприводы переменного тока. Этот переход призван поднять производительность системы на новый уровень, включая более короткие [...].
Сервосистемы являются неотъемлемой частью электромеханических изделий, обеспечивая высочайший уровень динамического отклика и плотности крутящего момента.
Таким образом, тенденция развития приводных систем заключается в замене традиционных гидравлических, DC, шаговых и AC приводов с переменной скоростью на AC сервоприводы.
Этот переход призван поднять производительность систем на новый уровень, включая сокращение циклов, повышение производительности, надежности и срока службы.
Чтобы добиться максимальной производительности серводвигателей, необходимо понимать некоторые особенности их использования.
При использовании серводвигателей в некоторых машинах клиенты часто сталкиваются с чрезмерным шумом и нестабильной работой. При возникновении таких проблем первой реакцией многих пользователей является сомнение в качестве серводвигателя.
Это связано с тем, что при переходе на шаговые двигатели или двигатели с переменной частотой для привода нагрузки шум и нестабильность часто значительно снижаются.
На первый взгляд, это действительно проблема с сервомотором.
Однако при внимательном анализе принципа работы сервомотора выясняется, что этот вывод совершенно ошибочен.
Сервосистема переменного тока состоит из сервопривода, серводвигателя и датчика обратной связи (обычно серводвигатель комплектуется оптическим энкодером).
Все эти компоненты работают в замкнутой системе управления: привод получает информацию о параметрах извне, затем подает определенный ток на двигатель, который преобразует его в крутящий момент для приведения в движение нагрузки.
Груз совершает действия или ускоряется/замедляется в зависимости от своих характеристик.
Датчик измеряет положение нагрузки, позволяя приводному устройству сравнивать заданное информационное значение с фактическим значением положения. Затем он регулирует ток двигателя, чтобы фактическое значение положения соответствовало заданному информационному значению.
Если резкое изменение нагрузки вызывает изменение скорости, энкодер немедленно передает сигнал об этом изменении скорости на сервопривод.
Затем привод изменяет ток, подаваемый на серводвигатель, чтобы учесть изменение нагрузки и вернуться к заданной скорости.
Сервосистема переменного тока представляет собой высокочувствительную замкнутую систему, в которой время отклика между колебаниями нагрузки и коррекцией скорости очень быстрое. В этот момент основным ограничением на реакцию системы является время передачи механического соединительного устройства.
Приведем простой пример: рассмотрим машину, в которой серводвигатель с помощью клинового ремня приводит в движение нагрузку с постоянной скоростью и высокой инерцией. Вся система должна поддерживать постоянную скорость и быстрое реагирование. Давайте проанализируем процесс ее работы.
Когда привод подает ток на двигатель, тот немедленно создает крутящий момент. Вначале из-за эластичности клинового ремня нагрузка не ускоряется так быстро, как двигатель.
Серводвигатель достигает заданной скорости раньше, чем нагрузка, и в этот момент энкодер, установленный на двигателе, ослабляет ток, что приводит к снижению крутящего момента. Поскольку натяжение клинового ремня постоянно увеличивается, скорость двигателя замедляется.
Затем драйвер снова увеличивает ток, и цикл повторяется. Официальный аккаунт: SolidWorks Нестандартное механическое проектирование.
В этом случае система колеблется, крутящий момент двигателя изменяется, и скорость нагрузки изменяется соответствующим образом.
В результате неизбежны шум, износ и нестабильность. Однако они возникают не по вине серводвигателя. Такие шумы и нестабильность исходят от механического передаточного устройства и вызваны несоответствием между высокой скоростью реакции сервосистемы и более длительным временем механической передачи или реакции.
То есть реакция серводвигателя быстрее, чем время, необходимое системе для адаптации к новому крутящему моменту.
Определив корень проблемы, решить ее становится гораздо проще. Ссылаясь на предыдущий пример, вы можете:
(1) Повысить механическую жесткость и снизить инерционность системы, тем самым уменьшив время отклика механических частей трансмиссии. Например, замените клиновые ремни на прямые винтовые передачи или используйте редукторы вместо клиновых ремней.
(2) Замедление скорости реакции сервосистемы и уменьшение полосы регулирования сервосистемы, например, уменьшение значения коэффициента усиления сервосистемы.
Конечно, это лишь некоторые причины шума и нестабильности. Для разных причин существуют разные решения. Например, шум, вызванный механическим резонансом, может быть устранен путем подавления резонанса или низкочастотной фильтрации в сервосистеме. В заключение следует отметить, что причины шума и нестабильности, как правило, не связаны с самим серводвигателем.
При выборе и настройке сервосистем часто возникает проблема инерции. В частности, она проявляется следующим образом:
1. При выборе сервосистемы, помимо учета таких факторов, как крутящий момент и номинальная скорость двигателя, сначала необходимо рассчитать инерцию механической системы, приведенную к валу двигателя.
Затем мы выбираем двигатель с соответствующей величиной инерции, исходя из реальных требований к действию оборудования и качества обрабатываемой детали.
2. При настройке (в ручном режиме) правильная установка параметра коэффициента инерции является необходимым условием для достижения максимальной производительности механизма и сервосистемы.
Этот момент особенно актуален для систем, требующих высокой скорости и высокой точности (параметр Delta servo inertia ratio равен 1-37, JL/JM). Таким образом, возникает проблема согласования инерции! Так что же такое "согласование инерции"?
1. Согласно второму закону Ньютона, крутящий момент, необходимый для системы подачи, T, равен моменту инерции системы, J, умноженному на угловое ускорение, θ. Угловое ускорение θ влияет на динамические характеристики системы. Чем меньше θ, тем больше времени проходит с момента подачи команды контроллера до ее выполнения, что приводит к замедлению реакции системы. Если θ колеблется, скорость реакции системы будет меняться, что повлияет на точность обработки. Учитывая, что максимальная мощность T остается постоянной после выбора двигателя, если мы хотим, чтобы изменения θ были минимальными, J должно быть как можно меньше.
2. Общая инерция подающего вала J равна инерции вращения серводвигателя JM плюс инерция нагрузки, передаваемая от вала двигателя JL. Инерция нагрузки JL состоит из инерции линейных и вращающихся компонентов, таких как рабочий стол (в случае станков), приспособления и заготовки на нем, винт, муфта и т. д., которые преобразуются в инерцию на валу двигателя. JM представляет собой инерцию ротора серводвигателя, которая является постоянной после выбора серводвигателя, в то время как JL колеблется при изменении нагрузки, например, заготовки. Если вы хотите, чтобы скорость изменения J была меньше, лучше всего минимизировать долю, которую занимает JL. Это обычно называют "согласованием инерции".
Теперь, когда мы поняли, что такое инерционное соответствие, какое конкретное влияние оно оказывает и как его определяют?
Воздействие:
Инерция привода влияет на точность, стабильность и динамический отклик сервосистемы. Большая инерция приводит к увеличению механической постоянной системы, замедлению отклика и снижению эффективности системы. собственная частотачто может привести к резонансу.
Это ограничивает полосу пропускания сервопривода и влияет на точность и скорость реакции сервопривода.
Соответствующее увеличение инерции выгодно только при улучшении низкоскоростного ползания. Поэтому при проектировании механической части следует стремиться к минимизации инерции без ущерба для жесткости системы.
Определение:
При оценке динамических характеристик механической системы, чем меньше инерция, тем лучше динамический отклик системы. И наоборот, большая инерция приводит к увеличению нагрузки на двигатель, что делает управление более сложным.
Однако инерция механической системы должна соответствовать инерция двигателя. Различные механизмы имеют разные варианты выбора принципов согласования инерции, каждый из которых имеет уникальные функциональные проявления.
Например, во время высокоскоростной резки с a CNC обрабатывающий центр через серводвигатель, когда инерция груза увеличивается, происходит следующее:
(1) При изменении команд управления двигателю требуется значительное время для достижения скорости, требуемой новой командой;
(2) Значительные ошибки могут возникнуть, если станок работает по двум осям для выполнения быстрой дуговой резки:
i. При нормальных обстоятельствах с типичными серводвигателями, если JL меньше или равно JM, вышеуказанные проблемы не возникнут.
ii. Если JL равна 3 раза JM, управляемость двигателя немного снизится, но это не повлияет на режим работы. резка металла. (Для высокоскоростной криволинейной резки обычно рекомендуется, чтобы JL была меньше или равна JM).
iii. Если JL в 3 раза больше JM, управляемость двигателя значительно снижается, что особенно заметно при высокоскоростной криволинейной резке.
Различные механические воздействия и требования к качеству обработки требуют различных соотношений между JL и JM.
Определение инерционного соответствия должно основываться на технологических характеристиках станка и требованиях к качеству процесса обработки.
После завершения разработки схемы механической передачи необходимо выбрать и подтвердить модель и размер серводвигателя.
(1) Критерии отбора
В целом, выбор серводвигателя должен удовлетворять следующим условиям:
(2) Расчеты по выбору
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO