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如何理解伺服電機(jī)的低慣量和高慣量

眾所周知，伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。那么大家對(duì)于伺服電機(jī)的低慣量和高慣量是否了解呢?今天就為大家介紹一下伺服電機(jī)的這兩個(gè)概念。

一般來(lái)說(shuō)，小慣量的電機(jī)制動(dòng)性能好，啟動(dòng)，加速停止的反應(yīng)很快，高速往復(fù)性好，適合于一些輕負(fù)載，高速定位的場(chǎng)合,如一些直線高速定位機(jī)構(gòu)。中、大慣量的電機(jī)適用大負(fù)載、平穩(wěn)要求比較高的場(chǎng)合，如一些圓周運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一些機(jī)床行業(yè)。

如果負(fù)載比較大或是加速特性比較大，而選擇了小慣量的電機(jī)，可能對(duì)電機(jī)軸損傷太大，選擇應(yīng)該根據(jù)負(fù)載的大小，加速度的大小等等因素來(lái)選擇，一般的選型手冊(cè)上有相關(guān)的能量計(jì)算公式。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)伺服電機(jī)的響應(yīng)控制，為負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比為一，不可超過(guò)五倍。通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，可以使負(fù)載。

量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比接近一或較小。當(dāng)負(fù)載慣量確實(shí)很大，機(jī)械設(shè)計(jì)不可能使負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比小于五倍時(shí)，則可使用電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量較大的電機(jī)，即所謂的大慣量電機(jī)。使用大慣量的電機(jī)，要達(dá)到一定的響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)器的容量應(yīng)要大一些。

伺服馬達(dá)

深圳市日弘忠信電器有限公司是一家專業(yè)銷售工業(yè)自動(dòng)化控制產(chǎn)品與電氣傳動(dòng)產(chǎn)品的企業(yè)。

松下伺服馬達(dá)A5特點(diǎn)：

1、通過(guò)開發(fā)的全新LSI提高運(yùn)算速度，實(shí)現(xiàn)2.0KHz響應(yīng)頻率；2、采用獨(dú)特的信號(hào)處理技術(shù)，開發(fā)出新的104萬(wàn)脈沖分辨率的20bit編碼器；3、指令輸入/反饋輸出同時(shí)實(shí)現(xiàn)4Mpps的定位分辨率指令；4、多功能實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整，僅需選擇模式和剛性，便可輕松進(jìn)行佳調(diào)整；5、擁有行業(yè)多的4個(gè)陷波濾波器，設(shè)置頻率是50-5000Hz；6、制振濾波器增加到4個(gè)，設(shè)置頻率1-200Hz；7、配備了機(jī)器模擬功能，不必在裝置上測(cè)試增益和各種濾波器的效果便可輕松確認(rèn)；8、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的大幅輕量化、小型化，1.0KW以上功率電機(jī)質(zhì)量減輕10%-25%；9、符合新的歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)，低噪音，符合IP67；10、安裝支持軟件“PANATERM”支持日語(yǔ)、英語(yǔ)、漢語(yǔ)、韓語(yǔ)4種語(yǔ)言，能夠預(yù)告主要零件壽命。

講解說(shuō)明伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分內(nèi)容

何服驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)的一種控制器，又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，主要應(yīng)用于的定位系統(tǒng)。何服驅(qū)動(dòng)器一般通過(guò)位置、速度和轉(zhuǎn)矩三種方式對(duì)間服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。目前，伺服驅(qū)動(dòng)器是傳動(dòng)技術(shù)的高產(chǎn)品。伺服驅(qū)動(dòng)器一般采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠電壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單地說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程。整流單元(AC-DC)主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐?。?

一、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求

1、調(diào)速范圍寬，定位精度高

      并且有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性。

2、快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào)。為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令

     信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，減小輪廓過(guò)渡誤差。

3、棉，低速大轉(zhuǎn)短，過(guò)載能力強(qiáng)。

      一般來(lái)說(shuō)，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至30min內(nèi)1.5倍以上的過(guò)載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過(guò)載4~6倍而不損壞?！?

4、可靠性高

     要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾能力。

二、對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求

1、從低速到高速電動(dòng)機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min我更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。

2、電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電動(dòng)機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4~6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應(yīng)的要求，電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。

4、電動(dòng)機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。

三、伺服放大器的三種控制方式

1、轉(zhuǎn)矩控制

通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址賦值來(lái)設(shè)定電動(dòng)機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，屬于電流環(huán)控制。

2、速度控制

通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，屬于速度環(huán)控制。

3、位置控制

它是伺服中常用的控制。位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度，所以一般應(yīng)用于定位裝置。

四、伺服的作用相服

伺服的作用相服能夠按照定位指令裝置輸出的脈沖串，對(duì)工件進(jìn)行定位控制，同時(shí)，還具有對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)鎖定的功能。當(dāng)偏差計(jì)數(shù)器的輸出為零時(shí)，如果有外力使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由編碼器將反債脈沖輸入偏差計(jì)數(shù)器，偏差計(jì)數(shù)器發(fā)出速度指令，旋轉(zhuǎn)修正電動(dòng)機(jī)使之答上在滯留脈沖為零的位置上。該停留于固定位置的功能，稱為伺服鎖定。另外，伺服還能夠進(jìn)行適合機(jī)械負(fù)荷的位置環(huán)路增益和速度環(huán)路增益調(diào)整。

五、脈沖當(dāng)量與電子齒輪比設(shè)置

1、脈沖當(dāng)量

相對(duì)于每一脈沖信號(hào)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移量稱為脈沖當(dāng)量，又稱作小設(shè)定單位。脈沖增量插補(bǔ)是行程標(biāo)量插補(bǔ)，每次插補(bǔ)結(jié)束產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以脈沖的方式輸圖出。這種插補(bǔ)算法主要應(yīng)用在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，在插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程中不斷向各坐標(biāo)軸發(fā)出互相協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸移動(dòng)量稱為脈沖當(dāng)量。

脈沖當(dāng)量是脈沖分配的基本單位，按機(jī)床設(shè)計(jì)的加工精度選定，普通精度的機(jī)床一般取脈沖當(dāng)量為0.01mm，較精密的機(jī)床取0.001mm或0.005mm。采用脈沖增量插補(bǔ)算法的數(shù)控系統(tǒng)，其坐標(biāo)軸進(jìn)給速度主要受插補(bǔ)程序運(yùn)行時(shí)間的限制，一般為1~3m/min。脈沖增量插補(bǔ)主要有逐點(diǎn)比較法、數(shù)據(jù)積分法、直線函數(shù)法等。脈沖當(dāng)量影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。

2、機(jī)械減速比

機(jī)械減速比(m/n)是減速器輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速的比值，也等于從動(dòng)輪齒數(shù)與主動(dòng)輪齒數(shù)的比值。機(jī)械減速比在數(shù)控機(jī)床上為電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與絲杠轉(zhuǎn)速之比。

3、電子齒輪與電子齒輪比

電子齒輪比就是對(duì)伺服接收到上位機(jī)的脈沖頻率進(jìn)行放大或者縮小，其中一個(gè)參數(shù)為分子，一個(gè)為分母。如分子大于分母就是放大，如分子小于分母就是縮小。例如輸入頻率為100Hz，電子齒輪比分子設(shè)為1，分母設(shè)為2，那么伺服實(shí)際運(yùn)行速度按照50Hz的脈沖來(lái)進(jìn)行。而如果輸入頻率為100Hz，電子齒輪比分子設(shè)為2，分母設(shè)為1，那么伺服實(shí)際運(yùn)行速度按照200Hz的脈沖來(lái)進(jìn)行。

4、電子齒輪比的應(yīng)用和設(shè)置

電子齒輪比可以任意地設(shè)置每單位指令脈沖對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的速度和位移量(脈沖當(dāng)量)，當(dāng)上位控制器的脈沖發(fā)生能力(高輸出頻率)不足以獲得所需速度時(shí)，可以通過(guò)電子齒輪能(指令脈沖倍頻)來(lái)對(duì)指令脈沖進(jìn)行N倍頻。編碼器分辨率(F)表示伺服電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)。先看伺服電動(dòng)機(jī)的銘牌，再對(duì)照驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書即可確定編碼器的分辨率。每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(f)表示絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需脈沖數(shù)。

     脈沖當(dāng)量(p)表示數(shù)控系統(tǒng)(上位機(jī))發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，絲杠移動(dòng)的直線距離或旋轉(zhuǎn)軸的度數(shù)，也是數(shù)控系統(tǒng)所能控制的小距離。這個(gè)值越小，經(jīng)各種補(bǔ)償后越容易得到更高的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量的設(shè)定值決定機(jī)床的進(jìn)給速度，當(dāng)進(jìn)給速度滿足要求時(shí)，可以設(shè)定較小的脈沖當(dāng)量。

     以上內(nèi)就是關(guān)于伺服驅(qū)動(dòng)器的知識(shí)補(bǔ)充，希望可以對(duì)大家能夠有幫助。另外伺服控制器的各項(xiàng)控制指標(biāo)(如穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能等)優(yōu)于通用變頻器。