Masalah Umum pada Motor Servo saat Digunakan
Sistem servo merupakan komponen penting dalam produk elektromekanis, menawarkan tingkat respons dinamis dan kerapatan torsi tertinggi. Oleh karena itu, tren pengembangan sistem penggerak adalah menggantikan penggerak hidrolik, DC, stepper, dan frekuensi variabel AC konvensional dengan penggerak servo AC, guna mencapai tingkat kinerja sistem yang baru, termasuk waktu siklus lebih pendek, produktivitas lebih tinggi, keandalan lebih baik, serta masa pakai lebih panjang. Untuk memperoleh kinerja optimal dari motor servo, penting untuk memahami karakteristik penggunaannya.
Masalah Umum pada Motor Servo saat Digunakan
Masalah 1: Kebisingan dan Ketidakstabilan
Pelanggan sering mengalami kebisingan berlebihan dan operasi yang tidak stabil saat menggunakan motor servo pada mesin. Reaksi pertama banyak pengguna adalah menganggap motor servo berkualitas buruk, karena terkadang menggantinya dengan motor stepper atau motor frekuensi variabel menghasilkan kebisingan dan ketidakstabilan yang jauh lebih rendah. Secara permukaan, hal ini tampak sebagai kesalahan motor servo, tetapi analisis cermat terhadap prinsip kerjanya menunjukkan bahwa kesimpulan tersebut sama sekali tidak benar.
Suatu sistem servo AC mencakup: penggerak servo, motor servo, dan sensor umpan balik (umumnya, motor servo memiliki encoder optik terpasang di dalamnya). Semua komponen ini beroperasi dalam suatu sistem kendali loop tertutup: penggerak menerima informasi parameter dari luar, kemudian memberikan arus tertentu ke motor, yang mengubah arus tersebut menjadi torsi guna menggerakkan beban. Beban bergerak atau mengakselerasi/mendekelerasi sesuai karakteristiknya sendiri. Sensor mengukur posisi beban, sehingga penggerak dapat membandingkan nilai informasi setpoint dengan nilai posisi aktual. Selanjutnya, dengan menyesuaikan arus motor, nilai posisi aktual dipertahankan konsisten dengan nilai informasi setpoint. Ketika perubahan beban mendadak menyebabkan perubahan kecepatan, encoder mendeteksi perubahan kecepatan ini dan segera memberi respons ke penggerak servo. Penggerak lalu menyesuaikan arus yang diberikan ke motor servo guna mengakomodasi perubahan beban serta kembali ke kecepatan setpoint. Suatu sistem servo AC merupakan sistem loop tertutup penuh yang sangat responsif. Waktu tunda antara fluktuasi beban dan koreksi kecepatan sangat cepat. Oleh karena itu, faktor pembatas nyata bagi respons sistem justru adalah waktu transmisi perangkat koneksi mekanis.
Masalah Dua: Penyesuaian Inersia
Masalah inersia sering dijumpai selama pemilihan dan penyetelan sistem servo!
Secara khusus, hal ini tampak dalam cara-cara berikut:
1. Saat memilih sistem servo, selain mempertimbangkan faktor-faktor seperti torsi motor dan kecepatan pengenal, kita juga perlu menghitung inersia sistem mekanis yang dikonversi ke poros motor. Kemudian, berdasarkan kebutuhan aksi mekanis aktual serta persyaratan kualitas komponen yang diproses, kita memilih motor dengan nilai inersia yang sesuai.
2. Selama penyetelan (dalam mode manual), pengaturan parameter rasio inersia secara tepat merupakan prasyarat untuk memanfaatkan kinerja optimal sistem mekanis dan servo secara penuh. Hal ini terutama menonjol pada sistem yang memerlukan kecepatan tinggi dan presisi tinggi (parameter rasio inersia servo Delta adalah 1–37, JL/JM).
Dampak: Inersia transmisi memengaruhi akurasi, stabilitas, dan respons dinamis sistem servo. Inersia yang besar menghasilkan konstanta mekanis yang besar, respons yang lambat, serta penurunan frekuensi alami sistem, sehingga membuat sistem rentan terhadap resonansi. Hal ini membatasi bandwidth servo dan memengaruhi akurasi serta kecepatan respons servo. Peningkatan inersia hanya bermanfaat untuk memperbaiki gerak merayap pada kecepatan rendah. Oleh karena itu, dalam desain mekanis, inersia harus diminimalkan sebanyak mungkin tanpa mengurangi kekakuan sistem.
Cara menentukan karakteristik dinamis suatu sistem mekanis: Saat mengukur karakteristik dinamis suatu sistem mekanis, semakin kecil inersia, semakin baik respons dinamis sistem tersebut; semakin besar inersia, semakin besar beban pada motor, dan semakin sulit mengendalikannya. Namun, inersia sistem mekanis harus cocok dengan inersia motor. Mekanisme yang berbeda memiliki prinsip pencocokan inersia yang berbeda pula, dan pilihan-pilihan tersebut memberikan dampak yang berbeda.
Sebagai contoh, ketika pusat permesinan CNC melakukan pemotongan berkecepatan tinggi menggunakan motor servo, peningkatan inersia beban akan menyebabkan hal-hal berikut:
1. Ketika perintah kendali berubah, motor memerlukan waktu lebih lama untuk mencapai kecepatan yang diminta oleh perintah baru;
2. Ketika mesin perkakas melakukan pemotongan melengkung cepat sepanjang dua sumbu, terjadi kesalahan signifikan. Secara umum, dalam kondisi normal, jika JL ≦ JM, masalah di atas tidak akan terjadi;
3. Ketika JL ≥ 3 × JM, kemampuan pengendalian motor akan menurun secara signifikan, terutama terlihat jelas saat pemotongan kurva berkecepatan tinggi.
Tindakan mekanis yang berbeda serta persyaratan kualitas proses yang berbeda menentukan hubungan yang berbeda antara JL dan JM. Penentuan pencocokan inersia harus didasarkan pada karakteristik proses mekanis dan persyaratan kualitas proses.
Pertanyaan 3: Pemilihan Motor Servo
Setelah memilih skema transmisi mekanis, model dan ukuran motor servo harus dipilih serta dikonfirmasi.
(1) Syarat-Syarat Pemilihan
Secara umum, syarat-syarat berikut harus dipenuhi saat memilih motor servo:
1. Kecepatan maksimum motor > kecepatan sistem maksimum yang dibutuhkan.
2. Inersia rotor motor cocok dengan inersia beban.
3. Torsi kerja beban kontinu ≤ torsi nominal motor.
4. Torsi keluaran maksimum motor > torsi sistem maksimum yang dibutuhkan (torsi selama percepatan).
(2) Perhitungan Pemilihan
1. Perhitungan pencocokan inersia (JL/JM)
2. Perhitungan kecepatan rotasi (kecepatan ujung beban, kecepatan ujung motor)
3. Perhitungan torsi beban (torsi kerja beban kontinu, torsi selama percepatan)
