Поширені проблеми з сервомоторами під час експлуатації
Сервосистеми є ключовим компонентом електромеханічних продуктів, забезпечуючи найвищий рівень динамічної відповіді та щільності крутного моменту. Тому тенденція розвитку приводних систем полягає у заміні традиційних гідравлічних, постійного струму, крокових та змінного струму з регулюванням частоти на сервоприводи змінного струму, що забезпечує новий рівень продуктивності системи, у тому числі скорочення тривалості циклу, підвищення продуктивності, покращення надійності та збільшення терміну служби. Щоб отримати кращу продуктивність від сервомоторів, необхідно добре знати їхні експлуатаційні характеристики.
Поширені проблеми з сервомоторами під час експлуатації
Проблема 1: Шум і нестабільність
Клієнти часто стикаються з надмірним шумом та нестабільною роботою під час використання сервоприводів у верстатах. Багато користувачів спочатку припускають, що сервопривід низької якості, оскільки іноді його заміна на кроковий двигун або двигун змінної частоти призводить до суттєвого зменшення шуму та нестабільності. На перший погляд це здається винною сервопривода, але ретельний аналіз його принципу роботи повністю спростовує такий висновок.
Система змінного струму з сервокеруванням включає: сервопривід, сервомотор і датчик зворотного зв’язку (зазвичай сервомотори мають вбудований оптичний енкодер). Усі ці компоненти працюють у системі керування з замкненим контуром: привід отримує параметри ззовні, потім подає певний струм на мотор, який перетворює цей струм на крутний момент для приведення в рух навантаження. Навантаження рухається або прискорює/уповільнюється залежно від власних характеристик. Датчики вимірюють положення навантаження, що спонукає привід порівняти задане значення параметра з фактичним значенням положення. Потім, регулюючи струм, що подається на мотор, забезпечується відповідність фактичного значення положення заданому значенню параметра. Коли раптова зміна навантаження призводить до зміни швидкості, енкодер виявляє цю зміну й негайно реагує на сервопривід. Привід у свою чергу коригує струм, що подається на сервомотор, щоб врахувати зміну навантаження, і повертає систему до заданої швидкості. Система змінного струму з сервокеруванням — це високочутлива система з повністю замкненим контуром. Затримка між коливаннями навантаження та корекцією швидкості надзвичайно мала. Отже, справжнім обмежувальним чинником швидкодії системи є час передачі через механічні з’єднувальні елементи.
Проблема два: узгодження інерції
Проблеми, пов’язані з інерцією, часто виникають під час вибору й налагодження сервосистеми!
Зокрема, це проявляється таким чином:
1. Під час вибору сервосистеми, крім таких параметрів, як крутний момент двигуна та номінальна швидкість, необхідно також розрахувати інерцію механічної системи, приведену до валу двигуна. Потім, ґрунтуючись на фактичних вимогах до механічних дій і вимогах щодо якості оброблених деталей, вибирають двигун із відповідним значенням інерції.
2. Під час налагодження (у ручному режимі) правильне встановлення параметра співвідношення інерцій є обов’язковою умовою для повної реалізації оптимальних характеристик механічної та сервосистеми. Це особливо важливо в системах, що вимагають високої швидкості й високої точності (у сервоприводах Delta параметри співвідношення інерцій — від 1 до 37, JL/JM).
Вплив: Інерція передачі впливає на точність, стабільність та динамічну реакцію сервосистеми. Велика інерція призводить до великого механічного постійного часу, повільної реакції та зниження власної частоти системи, що робить її схильною до резонансу. Це обмежує смугу пропускання сервосистеми й погіршує її точність та швидкість реакції. Збільшення інерції в межах розумного має перевагу лише для покращення повільного повзання на низьких швидкостях. Отже, у механічному проектуванні інерцію слід мінімізувати настільки, наскільки це можливо, не порушуючи жорсткості системи.
Як визначити динамічні характеристики механічної системи: під час вимірювання динамічних характеристик механічної системи чим менша інерція, тим краща динамічна реакція системи; чим більша інерція, тим більше навантаження на двигун і тим складніше його керувати. Однак інерція механічної системи має відповідати інерції двигуна. Різні механізми мають різні принципи підбору інерції, і такий підбір має різні наслідки.
Наприклад, коли фрезерний верстат з ЧПК виконує швидке різання за допомогою сервоприводу, зростання інерції навантаження призводить до таких наслідків:
1. Коли змінюються команди керування, двигун довше досягає швидкості, необхідної новою командою;
2. Коли верстат виконує швидке дугове різання за двома осями, виникають значні похибки. Зазвичай за нормальних умов, якщо JL≦JM, зазначені проблеми не виникають;
3. Коли JL ≥ 3 × JM, керованість двигуна значно знижується, особливо це помітно під час різання кривих на високій швидкості.
Різні механічні дії та вимоги до якості обробки визначають різні співвідношення між JL та JM. Визначення узгодження інерцій має ґрунтуватися на характеристиках механічного процесу та вимогах до якості обробки.
Питання 3: Вибір сервоприводного двигуна
Після вибору схеми механічної передачі необхідно вибрати й підтвердити модель та розмір сервоприводного двигуна.
(1) Умови вибору
Зазвичай при виборі сервоприводного двигуна мають бути виконані такі умови:
1. Максимальна швидкість двигуна > максимальна необхідна швидкість системи.
2. Інерція ротора двигуна узгоджується з інерцією навантаження.
3. Номінальний момент навантаження у неперервному режимі ≤ номінальний момент двигуна.
4. Максимальний вихідний момент двигуна > максимальний необхідний момент системи (момент під час прискорення).
(2) Розрахунок вибору
1. Розрахунок узгодження інерції (JL/JM)
2. Розрахунок кутової швидкості (швидкість на стороні навантаження, швидкість на стороні двигуна)
3. Розрахунок моменту навантаження (постійний робочий момент навантаження, момент під час прискорення)
