Vanliga problem med servomotorer under användning
Servosystem är en avgörande komponent i elektromekaniska produkter och erbjuder högsta nivåer av dynamisk respons och vridmomentstäthet. Utvecklingstrenden för drivsystem är därför att ersätta traditionella hydrauliska, likströms-, stegmotor- och växelströmsfrekvensomriktardrivsystem med växelströmsservodrivsystem, vilket uppnår en ny nivå av systemprestanda, inklusive kortare cykeltider, högre produktivitet, bättre tillförlitlighet och längre livslängd. För att uppnå bättre prestanda från servomotorer är det avgörande att förstå deras användningskaraktäristik.
Vanliga problem med servomotorer under användning
Problem 1: Brus och instabilitet
Kunder upplever ofta överdriven ljudnivå och instabil drift vid användning av servomotorer i maskiner. Många användares första reaktion är att anta att servomotorn är av dålig kvalitet, eftersom det ibland ger betydligt lägre ljudnivå och mindre instabilitet att byta ut den mot en stegmotor eller en motor med variabel frekvens. Ytligt sett verkar detta vara servomotorns fel, men en noggrann analys av dess funktionsprincip visar att denna slutsats är fullständigt felaktig.
Ett AC-servosystem inkluderar: en servodrivrutin, en servomotor och en återkopplingssensor (i allmänhet har servomotorer en inbyggd optisk encoder). Alla dessa komponenter fungerar inom ett slutet reglersystem: drivrutinen tar emot parameterinformation från omgivningen, levererar sedan en viss ström till motorn, som omvandlar denna ström till vridmoment för att driva lasten. Lasten rör sig eller accelererar/decelererar enligt sina egna egenskaper. Sensorer mäter lastens position, vilket får drivrutinen att jämföra inställningsvärdet med det faktiska positionsvärdet. Genom att justera motorns ström hålls sedan det faktiska positionsvärdet i linje med inställningsvärdet. När en plötslig förändring av lasten orsakar en hastighetsförändring upptäcker encodern denna förändring omedelbart och svarar genast till servodrivrutinen. Drivrutinen justerar sedan den ström som levereras till servomotorn för att anpassa sig efter lastförändringen och återgår till den inställda hastigheten. Ett AC-servosystem är ett mycket responsivt, fullständigt slutet reglersystem. Tidsfördröjningen mellan lastfluktuationer och hastighetskorrigering är mycket kort. Därför är den verkliga begränsande faktorn för systemets respons den mekaniska kopplingsutrustningens transmittid.
Problem två: Tröghetsanpassning
Tröghetsproblem uppstår ofta vid val och felsökning av servosystem!
Mer specifikt visar sig detta på följande sätt:
1. Vid val av ett servosystem måste vi, förutom att ta hänsyn till faktorer såsom motormoment och nominell hastighet, även beräkna den mekaniska systemets tröghet omvandlad till motoraxeln. Därefter väljer vi, utifrån de faktiska kraven på mekanisk rörelse och kvalitetskraven på de bearbetade delarna, en motor med ett lämpligt tröghetsvärde.
2. Vid felsökning (i manuellt läge) är korrekt inställning av tröghetsförhållande-parametern en förutsättning för att fullt ut utnyttja den optimala prestandan hos det mekaniska och servosystemet. Detta är särskilt framträdande i system som kräver hög hastighet och hög precision (Delta-servos tröghetsförhållande-parametrar är 1–37, JL/JM).
Påverkan: Transmissionsdröghet påverkar servosystemets noggrannhet, stabilitet och dynamiska svar. En stor dröghet leder till en stor mekanisk tidskonstant, långsammare svar och en minskning av systemets egenfrekvens, vilket gör det mer benäget för resonans. Detta begränsar servobandbredden och påverkar servonoggrannheten samt svarsfarten. Att lämpligen öka drögheten är endast fördelaktigt för att förbättra krypfunktionen vid låga hastigheter. Därför bör drögheten minimeras så mycket som möjligt i den mekaniska konstruktionen, utan att påverka systemets styvhet.
Hur man bestämmer de dynamiska egenskaperna hos ett mekaniskt system: Vid mätning av de dynamiska egenskaperna hos ett mekaniskt system gäller att ju mindre tröghet, desto bättre är systemets dynamiska respons; ju större tröghet, desto större belastning på motorn och desto svårare att styra. Trögheten hos det mekaniska systemet måste dock matcha motorns tröghet. Olika mekanismer har olika val av tröghetsmatchningsprinciper, och dessa val har olika effekter.
Till exempel, när en CNC-bearbetningscentral utför höghastighetsfräsning med en servomotor, leder en ökning av lasttrögheten till följande:
1. När styrkommandona ändras tar det längre tid för motorn att nå den hastighet som krävs av det nya kommandot;
2. När verktygsmaskinen utför snabb bågformad skärning längs två axlar uppstår betydande fel. I allmänhet uppstår inte ovanstående problem under normala förhållanden om JL≦JM;
3. När JL ≥ 3 × JM minskar motorns reglerbarhet kraftigt, särskilt märkbart vid höghastighetskurvskärning.
Olika mekaniska åtgärder och krav på bearbetningskvalitet kräver olika förhållanden mellan JL och JM. Bestämningen av tröghetsanpassning måste grundas på de mekaniska processens egenskaper och kraven på bearbetningskvalitet.
Fråga 3: Välj servomotor
Efter att ha valt den mekaniska överföringslösningen måste modell och storlek på servomotorn väljas och bekräftas.
(1) Väljvillkor
I allmänhet måste följande villkor uppfyllas vid val av servomotor:
1. Högsta motorturnering > högsta erforderliga systemhastighet.
2. Motorns rotortröghet anpassas till lasttrögheten.
3. Kontinuerlig lastarbetsmoment ≤ motorns nominella moment.
4. Högsta motormoment > högsta erforderliga systemmoment (moment under acceleration).
(2) Urvalsberekening
1. Tröghetsanpassningsberäkning (JL/JM)
2. Rotationshastighetsberäkning (hastighet vid laständen, hastighet vid motoränden)
3. Lastmomentberäkning (kontinuerligt driftmoment för lasten, moment under acceleration)
