Κοινά προβλήματα με τους σερβοκινητήρες κατά τη χρήση
Τα σερβοσυστήματα αποτελούν ένα κρίσιμο συστατικό των ηλεκτρομηχανικών προϊόντων, προσφέροντας τους υψηλότερους βαθμούς δυναμικής απόκρισης και πυκνότητας ροπής. Ως εκ τούτου, η τάση ανάπτυξης των συστημάτων κίνησης είναι η αντικατάσταση των παραδοσιακών υδραυλικών, DC, βηματικών και μεταβλητής συχνότητας AC κινητήρων με AC σερβοκινητήρες, επιτυγχάνοντας νέο επίπεδο απόδοσης του συστήματος, συμπεριλαμβανομένων συντομότερων χρόνων κύκλου, υψηλότερης παραγωγικότητας, καλύτερης αξιοπιστίας και μεγαλύτερης διάρκειας ζωής. Για να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση από τους σερβοκινητήρες, είναι απαραίτητο να κατανοηθούν οι χαρακτηριστικές ιδιότητες χρήσης τους.
Κοινά προβλήματα με τους σερβοκινητήρες κατά τη χρήση
Πρόβλημα 1: Θόρυβος και αστάθεια
Οι πελάτες συχνά αντιμετωπίζουν υπερβολικό θόρυβο και ασταθή λειτουργία κατά τη χρήση servo μοτέρ σε μηχανήματα. Η πρώτη αντίδραση πολλών χρηστών είναι να υποθέσουν ότι το servo μοτέρ είναι κακής ποιότητας, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις η αντικατάστασή του με stepper μοτέρ ή μοτέρ μεταβλητής συχνότητας οδηγεί σε σημαντικά μικρότερο θόρυβο και αστάθεια. Επιφανειακά, φαίνεται ότι η ευθύνη βαρύνει το servo μοτέρ, αλλά μια προσεκτική ανάλυση της αρχής λειτουργίας του αποδεικνύει ότι αυτό το συμπέρασμα είναι εντελώς λανθασμένο.
Ένα σύστημα AC servo περιλαμβάνει: έναν οδηγό servo, έναν κινητήρα servo και έναν αισθητήρα ανάδρασης (γενικά, οι κινητήρες servo διαθέτουν ενσωματωμένο οπτικό κωδικοποιητή). Όλα αυτά τα συστατικά λειτουργούν εντός ενός συστήματος ελέγχου με κλειστό βρόχο: ο οδηγός λαμβάνει πληροφορίες παραμέτρων από το εξωτερικό, στη συνέχεια προμηθεύει ορισμένο ρεύμα στον κινητήρα, το οποίο μετατρέπει αυτό το ρεύμα σε ροπή για να κινήσει το φορτίο. Το φορτίο κινείται ή επιταχύνεται/επιβραδύνεται σύμφωνα με τα δικά του χαρακτηριστικά. Οι αισθητήρες μετρούν τη θέση του φορτίου, με αποτέλεσμα ο οδηγός να συγκρίνει την τιμή της πληροφορίας στόχου με την πραγματική τιμή θέσης. Στη συνέχεια, ρυθμίζοντας το ρεύμα του κινητήρα, η πραγματική τιμή θέσης διατηρείται σύμφωνη με την τιμή της πληροφορίας στόχου. Όταν μια αιφνίδια αλλαγή του φορτίου προκαλεί αλλαγή ταχύτητας, ο κωδικοποιητής ανιχνεύει αυτήν την αλλαγή ταχύτητας και αντιδρά αμέσως στον οδηγό servo. Ο οδηγός στη συνέχεια ρυθμίζει το ρεύμα που προμηθεύει στον κινητήρα servo για να προσαρμοστεί στην αλλαγή του φορτίου και επιστρέφει στην καθορισμένη ταχύτητα. Ένα σύστημα AC servo είναι ένα εξαιρετικά ανταποκρινόμενο, πλήρως κλειστό σύστημα βρόχου. Η χρονική καθυστέρηση μεταξύ των διακυμάνσεων του φορτίου και της διόρθωσης της ταχύτητας είναι πολύ μικρή. Ως εκ τούτου, ο πραγματικός περιοριστικός παράγοντας για την απόκριση του συστήματος είναι ο χρόνος μετάδοσης των μηχανικών συσκευών σύνδεσης.
Πρόβλημα Δύο: Ταίριασμα Αδράνειας
Τα προβλήματα αδράνειας συναντώνται συχνά κατά την επιλογή και τη διαδικασία εξόρυξης σφαλμάτων ενός σερβοσυστήματος!
Συγκεκριμένα, αυτό εκδηλώνεται με τους ακόλουθους τρόπους:
1. Κατά την επιλογή ενός σερβοσυστήματος, εκτός από τη λήψη υπόψη παραγόντων όπως η ροπή του κινητήρα και η ονομαστική του ταχύτητα, πρέπει επίσης να υπολογίσουμε την αδράνεια του μηχανικού συστήματος, μετατραπείσα στον άξονα του κινητήρα. Στη συνέχεια, βάσει των πραγματικών απαιτήσεων μηχανικής κίνησης και των απαιτήσεων ποιότητας των μηχανοκατεργασμένων εξαρτημάτων, επιλέγουμε έναν κινητήρα με κατάλληλη τιμή αδράνειας.
2. Κατά τη διαδικασία εξόρυξης σφαλμάτων (σε λειτουργία χειροκίνητης ελέγχου), η ορθή ρύθμιση της παραμέτρου λόγου αδράνειας αποτελεί προϋπόθεση για την πλήρη αξιοποίηση της βέλτιστης απόδοσης του μηχανικού και του σερβοσυστήματος. Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές σε συστήματα που απαιτούν υψηλή ταχύτητα και υψηλή ακρίβεια (οι παράμετροι λόγου αδράνειας των σερβοκινητήρων Delta είναι 1–37, JL/JM).
Επίδραση: Η αδράνεια της μετάδοσης επηρεάζει την ακρίβεια, τη σταθερότητα και τη δυναμική απόκριση του σερβοσυστήματος. Μεγάλη αδράνεια οδηγεί σε μεγάλη μηχανική σταθερά, αργή απόκριση και μείωση της φυσικής συχνότητας του συστήματος, καθιστώντας το ευάλωτο σε συντονισμό. Αυτό περιορίζει το εύρος ζώνης του σερβοσυστήματος και επηρεάζει την ακρίβεια και την ταχύτητα απόκρισής του. Η κατάλληλη αύξηση της αδράνειας είναι ωφέλιμη μόνο για τη βελτίωση της ερπύσματος σε χαμηλές ταχύτητες. Ως εκ τούτου, στο μηχανικό σχέδιο, η αδράνεια πρέπει να ελαχιστοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο, χωρίς να επηρεάζεται η ακαμψία του συστήματος.
Πώς να προσδιορίσετε τα δυναμικά χαρακτηριστικά ενός μηχανικού συστήματος: Κατά τη μέτρηση των δυναμικών χαρακτηριστικών ενός μηχανικού συστήματος, όσο μικρότερη είναι η αδράνεια, τόσο καλύτερη είναι η δυναμική απόκριση του συστήματος· όσο μεγαλύτερη είναι η αδράνεια, τόσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο στον κινητήρα και τόσο πιο δύσκολη είναι η έλεγχος. Ωστόσο, η αδράνεια του μηχανικού συστήματος πρέπει να ταιριάζει με την αδράνεια του κινητήρα. Διαφορετικοί μηχανισμοί έχουν διαφορετικές επιλογές αρχών ταιριάσματος αδράνειας, και αυτές οι επιλογές έχουν διαφορετικές επιπτώσεις.
Για παράδειγμα, όταν ένα κέντρο CNC επεξεργασίας εκτελεί υψηλής ταχύτητας κοπή με κινητήρα servo, μια αύξηση της αδράνειας φορτίου θα προκαλέσει τα εξής:
1. Όταν αλλάζουν οι εντολές ελέγχου, ο κινητήρας θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο για να φτάσει την ταχύτητα που απαιτείται από τη νέα εντολή·
2. Όταν η μηχανή εκτελεί γρήγορη τοξοειδή κοπή κατά μήκος δύο αξόνων, θα προκύψουν σημαντικά σφάλματα. Γενικά, σε συνήθεις συνθήκες, αν JL ≦ JM, τα παραπάνω προβλήματα δεν θα προκύψουν.
3. Όταν JL ≥ 3 × JM, η ελεγξιμότητα του κινητήρα μειώνεται σημαντικά, ειδικά κατά την κοπή καμπυλών υψηλής ταχύτητας.
Διαφορετικές μηχανικές ενέργειες και απαιτήσεις ποιότητας επεξεργασίας καθορίζουν διαφορετικές σχέσεις μεταξύ JL και JM. Η καθορισμός της αντιστοίχισης αδράνειας πρέπει να βασίζεται στα χαρακτηριστικά της μηχανικής διαδικασίας και στις απαιτήσεις ποιότητας επεξεργασίας.
Ερώτηση 3: Επιλογή Servo Motor
Μετά την επιλογή του μηχανικού σχήματος μετάδοσης, πρέπει να επιλεγεί και να επιβεβαιωθεί το μοντέλο και το μέγεθος του servo motor.
(1) Συνθήκες επιλογής
Γενικά, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες συνθήκες κατά την επιλογή ενός servo motor:
1. Μέγιστη ταχύτητα κινητήρα > μέγιστη απαιτούμενη ταχύτητα συστήματος.
2. Αδράνεια του δρομέα του κινητήρα αντιστοιχεί στην αδράνεια του φορτίου.
3. Συνεχής ροπή λειτουργίας υπό φορτίο ≤ ονομαστική ροπή κινητήρα.
4. Μέγιστη ροπή εξόδου κινητήρα > μέγιστη απαιτούμενη ροπή συστήματος (ροπή κατά την επιτάχυνση).
(2) Υπολογισμός επιλογής
1. Υπολογισμός ταιριάσματος αδράνειας (JL/JM)
2. Υπολογισμός περιστροφικής ταχύτητας (ταχύτητα στην πλευρά φορτίου, ταχύτητα στην πλευρά κινητήρα)
3. Υπολογισμός ροπής φορτίου (συνεχής ροπή λειτουργίας φορτίου, ροπή κατά την επιτάχυνση)
