Pogosti težave z servo motorji v uporabi
Servo sistemi so ključna sestavina elektromehanskih izdelkov in ponujajo najvišje ravni dinamičnega odziva ter gostote navora. Razvojna smer pogonskih sistemov je zato nadomestitev tradicionalnih hidravličnih, enosmernih, korakalnih in spremenljivofrekvenčnih izmeničnih pogonov z izmeničnimi servo pogoni, kar omogoča doseči nov nivo zmogljivosti sistema, vključno z krajšimi cikli, višjo produktivnostjo, boljšo zanesljivostjo in daljšo življenjsko dobo. Za doseganje boljše zmogljivosti servo motorjev je bistveno razumeti njihove lastnosti pri uporabi.
Pogosti težave z servo motorji v uporabi
Težava 1: hrup in nestabilnost
Strankam se pogosto pojavijo prevelika hrupnost in nestabilen delovni način pri uporabi servomotorjev na strojih. Številni uporabniki kot prvo reakcijo predpostavijo, da je kakovost servomotorja slaba, saj zamenjava z motorjem z enosmernim tokom ali z menjalnim frekvenčnim motorjem včasih povzroči znatno manj hrupa in nestabilnosti. Na površini se zdi, da je kriv servomotor, vendar natančna analiza njegovega načina delovanja dokazuje, da je ta zaključek popolnoma napačen.
AC servosistem vključuje: servopogon, servomotor in senzor za povratno informacijo (običajno imajo servomotorji vgrajeni optični kodirnik). Vsi ti sestavni deli delujejo znotraj zaprtega regulacijskega sistema: pogon prejme parametrske podatke od zunaj, nato pa motorju zagotovi določen tok, ki ga motor pretvori v navor za poganjanje obremenitve. Obremenitev se premika ali pospešuje/zavira glede na svoje lastne značilnosti. Senzorji izmerijo položaj obremenitve, kar omogoča pogonu, da primerja željeno vrednost z dejansko vrednostjo položaja. Nato z nastavitvijo toka motorja ohrani dejansko vrednost položaja v skladu z željeno vrednostjo. Ko nenadna sprememba obremenitve povzroči spremembo hitrosti, kodirnik zazna to spremembo hitrosti in takoj odzove na servopogon. Pogon nato prilagodi tok, ki ga pošilja servomotorju, da se prilagodi spremembi obremenitve in se vrne na željeno hitrost. AC servosistem je zelo odziven, popolnoma zaprt sistem. Zakasnitev med nihanjem obremenitve in korekcijo hitrosti je zelo kratka. Zato je dejanski omejevalni dejavnik za odziv sistema čas prenosa mehanskih povezovalnih naprav.
Težava dve: Ujemanje vztrajnosti
Težave s vztrajnostjo se pogosto pojavijo pri izbiranju in odpravljanju napak v servosistemih!
To se posebej kaže na naslednji način:
1. Pri izbiri servosistema poleg dejavnikov, kot so navor motorja in nazivna vrtilna frekvenca, moramo izračunati tudi vztrajnost mehanskega sistema, pretvorjeno na os motorja. Nato na podlagi dejanskih zahtev mehanskega gibanja in kakovostnih zahtev za obdelane dele izberemo motor z ustrezno vrednostjo vztrajnosti.
2. Med odpravljanjem napak (v ročnem načinu) je pravilna nastavitev parametra razmerja vztrajnosti predpogoj za popolno izkoriščanje optimalne zmogljivosti mehanskega in servosistema. To je še posebej pomembno v sistemih, ki zahtevajo visoko hitrost in visoko natančnost (parametri razmerja vztrajnosti Delta servomotorjev so 1–37, JL/JM).
Vpliv: Vztrajnost prenosa vpliva na natančnost, stabilnost in dinamični odziv servosistema. Velika vztrajnost povzroči veliko mehansko konstanto, počasen odziv ter zmanjšanje naravne frekvence sistema, kar ga naredi občutljivega za resonanco. To omejuje pasovno širino servosistema in vpliva na njegovo natančnost ter hitrost odziva. Umerjeno povečanje vztrajnosti je koristno le za izboljšanje počasnega, neenakomernega gibanja pri nizkih hitrostih. Zato bi pri mehanskem načrtovanju morali vztrajnost čim bolj zmanjšati, ne da bi to vplivalo na togost sistema.
Kako določiti dinamične značilnosti mehanskega sistema: Pri merjenju dinamičnih značilnosti mehanskega sistema je manjša vztrajnost boljša za dinamični odziv sistema; večja vztrajnost pomeni večjo obremenitev motorja in težje nadzorovanje. Vztrajnost mehanskega sistema mora vendarle ustrezati vztrajnosti motorja. Različni mehanizmi uporabljajo različna načela usklajevanja vztrajnosti, kar ima različne učinke.
Na primer, ko CNC obrabno središče izvaja visokohitrostno rezanje z uporabo servomotorja, povečanje obremenitvene vztrajnosti povzroči naslednje:
1. Ko se krmilni ukazi spremenijo, motoru traja dlje, da doseže hitrost, zahtevano z novim ukazom;
2. Ko orodna naprava izvaja hitro lokasto rezanje po dveh oseh, pride do pomembnih napak. Splošno velja, da pod normalnimi pogoji zgoraj navedenih težav ne nastane, če je JL ≦ JM;
3. Ko je JL ≥ 3 × JM, nadzorljivost motorja se znatno zmanjša, kar je še posebej opazno pri rezanju ukrivljenih linij na visokih hitrostih.
Različne mehanske akcije in zahteve glede kakovosti obdelave določajo različne odnose med JL in JM. Določitev ujemanja vztrajnostnih mas mora temeljiti na mehanskih lastnostih procesa in zahtevah glede kakovosti obdelave.
Vprašanje 3: Izbor servomotorja
Po izbiri mehanskega prenosnega sistema je treba izbrati in potrditi model ter velikost servomotorja.
(1) Pogoji izbire
Splošno velja, da morajo pri izbiri servomotorja biti izpolnjeni naslednji pogoji:
1. Najvišja hitrost motorja > najvišja zahtevana hitrost sistema.
2. Vztrajnostni moment rotorja motorja ustreza vztrajnostnemu momentu obremenitve.
3. Nenehni delovni navor obremenitve ≤ nazivni navor motorja.
4. Največji izhodni navor motorja > največji zahtevani sistemski navor (navor med pospeševanjem).
(2) Izračun izbire
1. Izračun ujemanja vztrajnosti (JL/JM)
2. Izračun vrtilne hitrosti (hitrost na strani obremenitve, hitrost na strani motorja)
3. Izračun navora obremenitve (zvezni delovni navor obremenitve, navor med pospeševanjem)
