Dažniausiai pasitaikančios problemos naudojant servorūšties variklius
Servo sistemos yra esminė elektromechaninių produktų sudedamoji dalis, užtikrinančios aukščiausius dinaminio atsako ir sukimo momento tankio lygius. Todėl variklių sistemų plėtros tendencija – pakeisti tradicinius hidraulinius, nuolatinės srovės, žingsniuojamųjų ir kintamosios srovės dažnio keitiklius kintamosios srovės servo varikliais, pasiekiant naują sistemos našumo lygį, įskaitant trumpesnius ciklo laikus, didesnį našumą, geresnę patikimumą ir ilgesnį tarnavimo laiką. Norint pasiekti geresnių rezultatų iš servo variklių, būtina suprasti jų naudojimo charakteristikas.
Dažniausiai pasitaikančios problemos naudojant servorūšties variklius
Problema 1: Triukšmas ir nestabilumas
Klientai dažnai susiduria su per dideliu triukšmu ir nestabiliu veikimu, naudodami servorinius variklius įrangoje. Daugelio vartotojų pirmoji reakcija – manyti, kad servorinis variklis yra žemo kokybės, nes kartais jį pakeitus žingsniniu varikliu arba kintamosios dažnio varikliu triukšmas ir nestabilumas žymiai sumažėja. Paviršutiniškai tai atrodo kaip servorinio variklio klaida, tačiau išsamus jo veikimo principo analizė parodo, kad šis išvada yra visiškai neteisinga.
Kintamosios srovės servosistema apima: servovaldiklį, servomotorių ir atgalinio ryšio jutiklį (dažniausiai servomotoriai turi įmontuotą optinį koduoklį). Visi šie komponentai veikia uždarosios valdymo kilpos sistemoje: valdiklis gauna parametrų informaciją iš išorės, tada tiekia tam tikrą srovę motoriui, kuri šią srovę paverčia sukimo momentu, kad pajudintų apkrova. Pagal savo charakteristikas apkrova juda arba pagreitėja/lėtėja. Jutikliai matuoja apkrovos padėtį, todėl valdiklis palygina nustatytos reikšmės informaciją su faktine padėtimi. Tada reguliuodamas variklio srovę, valdiklis užtikrina, kad faktinė padėtis visada atitiktų nustatytą reikšmę. Kai staigus apkrovos pokytis sukelia greičio pokytį, koduoklis tai aptinka ir nedelsdamas reaguoja į servovaldiklį. Valdiklis tuomet pritaiko tiekiamą srovę servomotoriui, kad prisitaikytų prie apkrovos pokyčio ir grąžintų nustatytą greitį. Kintamosios srovės servosistema yra labai reaktyvi, visiškai uždarosios kilpos sistema. Laiko vėlavimas tarp apkrovos svyravimų ir greičio korekcijos yra labai mažas. Todėl tikroji sistemos reakcijos riba yra mechaninių jungiamųjų įtaisų perdavimo laikas.
Problema du: Inercijos pritaikymas
Inercijos problemos dažnai kyla renkantis ir derinant servosistemą!
Konkrečiai tai pasireiškia šiais būdais:
1. Renkant servosistemą, be variklio sukimo momento ir nominaliojo sūkių dažnio reikia apskaičiuoti mechaninės sistemos inerciją, perkeltą į variklio veleną. Tada, remiantis faktinėmis mechaninės sistemos veiklos reikalavimais ir apdirbtų detalių kokybės reikalavimais, parenkamas variklis su tinkama inercijos verte.
2. Derinant (rankiniu režimu) teisingai nustatyti inercijos santykio parametrus yra būtina sąlyga, kad būtų visiškai panaudota mechaninės ir servosistemos optimali našuma. Tai ypač akivaizdu sistemose, kurios reikalauja didelio greičio ir didelės tikslumo (Delta servosistemos inercijos santykio parametrai yra 1–37, JL/JM).
Poveikis: Pavaros inercija veikia servosistemos tikslumą, stabilumą ir dinaminį atsaką. Didelė inercija sukelia didelę mechaninę konstantą, lėtą atsaką ir sumažina sistemos natūraliąją dažnių sritį, todėl ji tampa linkusi į rezonansą. Tai riboja servos juostos plotį ir neigiamai veikia servos tikslumą bei atsako greitį. Tinkamas inercijos padidinimas naudingas tik lėtų judėjimų („crawling“) tikslumui pagerinti. Todėl mechaninėje konstrukcijoje inercija turėtų būti sumažinta iki minimumo, nepažeidžiant sistemos standumo.
Kaip nustatyti mechaninės sistemos dinamines charakteristikas: Matuojant mechaninės sistemos dinamines charakteristikas, kuo mažesnė inercija, tuo geriau sistemos dinaminis atsakas; kuo didesnė inercija, tuo didesnė apkrova varikliui ir tuo sunkiau jį valdyti. Tačiau mechaninės sistemos inercija turi atitikti variklio inerciją. Skirtingi mechanizmai turi skirtingų inercijos pritaikymo principų pasirinkimų, o šie pasirinkimai turi skirtingų pasekmių.
Pavyzdžiui, kai CNC apdirbimo centras naudoja servovariklį aukšto greičio pjovimui, apkrovos inercijos padidėjimas sukelia šiuos reiškinius:
1. Kai valdymo komandos keičiasi, variklis ilgiau pasiekia naujos komandos reikalaujamą greitį;
2. Kai staklės vykdo greitą lankinį pjovimą išilgai dviejų ašių, įvyksta žymūs nuokrypiai. Paprastai normaliomis sąlygomis, jei JL≦JM, aukščiau minėti problemos nekyla;
3. Kai JL ≧ 3 × JM, variklio valdymas žymiai pablogėja, ypač akivaizdu aukšto greičio lenkimo apdirbant.
Skirtingi mechaniniai veiksmai ir apdirbimo kokybės reikalavimai nulemia skirtingus santykius tarp JL ir JM. Inercijos pritaikymo nustatymas turi remtis mechaninio proceso charakteristikomis ir apdirbimo kokybės reikalavimais.
Klausimas 3: Valdymo variklio parinkimas
Parinkus mechaninę perdavimo schemą, būtina parinkti ir patvirtinti valdymo variklio modelį bei dydį.
(1) Parinkimo sąlygos
Bendrai, parinkdami valdymo variklį, būtina įvykdyti šias sąlygas:
1. Didžiausias variklio sukimosi dažnis > didžiausias reikiamas sistemos sukimosi dažnis.
2. Variklio rotoriaus inercija atitinka apkrovos inerciją.
3. Nuolatinės apkrovos darbo momentas ≤ variklio vardinis momentas.
4. Didžiausias variklio išvesties momentas > didžiausias reikiamas sistemos momentas (momentas pagreitinant).
(2) Pasirinkimo skaičiavimas
1. Inercijos pritaikymo skaičiavimas (JL/JM)
2. Sukimosi dažnio skaičiavimas (apkrovos galinės dalies greitis, variklio galinės dalies greitis)
3. Aplinkos sukimo momento skaičiavimas (nuolatinės apkrovos darbo sukimo momentas, sukimo momentas pagreitinimo metu)
