Trykbremse

Servosystemer er en afgørende komponent i elektromekaniske produkter og tilbyder de højeste niveauer af dynamisk respons og drejningsmomenttæthed. Derfor går udviklingstrenden for drivsystemer mod at erstatte traditionelle hydrauliske, DC-, trinmotor- og AC-variabelfrekvensdriv med AC-servodriv, hvilket opnår et nyt niveau af systemydelse, herunder kortere cyklustider, højere produktivitet, bedre pålidelighed og længere levetid. For at opnå bedre ydelse fra servomotorer er det afgørende at forstå deres anvendelsesegenskaber.

Almindelige problemer med servomotorer i brug

Problem 1: Støj og ustabilitet

Kunder oplever ofte overdreven støj og ustabil drift, når de bruger servomotorer på maskiner. Mange brugeres første reaktion er at antage, at servomotoren er af dårlig kvalitet, da udskiftning med en trinmotor eller en variabel frekvensmotor nogle gange resulterer i betydeligt mindre støj og ustabilitet. Overfladisk set ser det ud til at være servomotorens fejl, men en omhyggelig analyse af dens virkningsprincip viser, at denne konklusion er fuldstændig forkert.

Et AC-servosystem omfatter: en servodriver, en servomotor og en feedbacksensor (almindeligvis har servomotorer en indbygget optisk encoder). Alle disse komponenter fungerer inden for et lukket styringssystem: drivere modtager parameteroplysninger udefra og leverer derefter en bestemt strøm til motoren, som omdanner denne strøm til drejningsmoment for at drive belastningen. Belastningen bevæger sig eller accelererer/decelerer i henhold til sine egne egenskaber. Sensorer måler belastningens position, hvilket får driveren til at sammenligne referenceværdien med den faktiske positionsværdi. Ved at justere motorstrømmen opretholdes den faktiske positionsværdi i overensstemmelse med referenceværdien. Når en pludselig ændring i belastningen forårsager en hastighedsændring, registrerer encodern denne hastighedsændring og reagerer øjeblikkeligt over for servodriveren. Driveren justerer derefter den strøm, der leveres til servomotoren, for at tilpasse sig belastningsændringen og vende tilbage til den indstillede hastighed. Et AC-servosystem er et yderst responsivt, fuldt lukket system. Tidsforsinkelsen mellem belastningssvingninger og hastighedskorrigering er meget kort. Derfor er den reelle begrænsende faktor for systemets respons tidspunktet for mekaniske forbindelsesenheders transmission.

Problem to: Træghedstilpasning

Træghedsproblemer opstår ofte under udvælgelse og fejlfinding af servosystemer!

Specifikt viser dette sig på følgende måder:

1. Ved udvælgelse af et servosystem skal man ud over at tage højde for faktorer såsom motormoment og nominel hastighed også beregne den mekaniske systems træghed, omregnet til motorens aksel. Derefter vælger man, ud fra de reelle krav til den mekaniske bevægelse samt kvalitetskravene til de bearbejdede dele, en motor med en passende træghedsværdi.

2. Under fejlfinding (i manuel tilstand) er korrekt indstilling af træghedsforholdet en forudsætning for at udnytte den optimale ydelse fra både det mekaniske system og servosystemet fuldt ud. Dette er især tydeligt i systemer, der kræver høj hastighed og høj præcision (Delta-servos træghedsforholdsparametre er 1–37, JL/JM).

Effekt: Transmissionens inertimoment påvirker servosystemets nøjagtighed, stabilitet og dynamiske respons. Et stort inertimoment resulterer i en stor mekanisk tidkonstant, langsomt respons og en reduktion af systemets egenfrekvens, hvilket gør det mere udsat for resonans. Dette begrænser servobåndbredden og påvirker servonøjagtigheden samt responshastigheden. En passende forøgelse af inertimomentet er kun fordelagtig for at forbedre krybning ved lave hastigheder. Derfor bør inertimomentet minimeres så meget som muligt i den mekaniske konstruktion uden at påvirke systemets stivhed.

Hvordan man bestemmer de dynamiske egenskaber for et mekanisk system: Når man måler de dynamiske egenskaber for et mekanisk system, gælder det, at jo mindre inertien er, jo bedre er systemets dynamiske respons; jo større inertien er, jo større bliver belastningen på motoren, og jo sværere bliver det at styre systemet. Imidlertid skal inertien for det mekaniske system matche motorens inertie. Forskellige mekanismer har forskellige principper for inertimatchning, og disse valg har forskellige virkninger.

For eksempel vil en stigning i lastinertien, når et CNC-maskincenter udfører højhastighedsfræsning med en servomotor, føre til følgende:

1. Når styrekommmandoerne ændres, vil motoren tage længere tid at nå den hastighed, som den nye kommando kræver;

2. Når maskinværktøjet udfører hurtig buet fræsning langs to akser, vil der opstå betydelige fejl. Generelt vil ovenstående problemer ikke opstå under normale forhold, hvis JL ≦ JM;

3. Når JL ≥ 3 × JM, vil motorens styrbarhed markant falde, især tydeligt ved højhastighedskurvskæring.

Forskellige mekaniske handlinger og krav til bearbejdningens kvalitet kræver forskellige forhold mellem JL og JM. Bestemmelsen af inertimatchning skal baseres på de mekaniske proceskarakteristika og kravene til bearbejdningens kvalitet.

Spørgsmål 3: Valg af servomotor

Efter valg af den mekaniske transmissionsløsning skal modellen og størrelsen af servomotoren vælges og bekræftes.

(1) Valgbetingelser

Generelt skal følgende betingelser opfyldes ved valg af en servomotor:

1. Maksimal motors hastighed > maksimal krævet systemhastighed.

2. Motors rotors inertimoment matcher lastens inertimoment.

3. Kontinuerlig lastarbejdsdrejningsmoment ≤ motors nominelle drejningsmoment.

4. Maksimal motors udgangsdrejningsmoment > maksimalt krævet systemdrejningsmoment (drejningsmoment under acceleration).

(2) Valgberegning

1. Træghedsanpassningsberegning (JL/JM)

2. Drejehastighedsberegning (belastningssidehastighed, motorsidehastighed)

3. Belastningsmomentberegning (kontinuerligt belastningsarbejdsmoment, moment under acceleration)