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三菱伺服電機(jī)的慣性產(chǎn)生的因素有哪些?

更新時(shí)間:2022-10-26      點(diǎn)擊次數(shù):732
   三菱伺服電機(jī)是三菱公司研發(fā)的一款交流永磁伺服電機(jī)。在三菱伺服電機(jī)的慣性中的因素電機(jī)和負(fù)載都有慣性化,那么它也有不同化,我們?nèi)绾螀^(qū)別出來(lái)?它存在哪些因素,下面小編為你分享這篇三菱伺服電機(jī)的慣性產(chǎn)生的因素有哪些。
  在機(jī)電系統(tǒng)中,電機(jī)和負(fù)載都有慣性,它們的慣性有多相似(或不同)會(huì)影響系統(tǒng)的性能。負(fù)載慣量與電機(jī)慣量之比是伺服電機(jī)選型的重要方面之一。
  伺服電機(jī)慣量由制造商給出,而負(fù)載慣量是通過(guò)添加所有旋轉(zhuǎn)部件的慣量來(lái)計(jì)算的,這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件通常包括執(zhí)行器或驅(qū)動(dòng)器(皮帶、滾珠絲杠、齒輪架和小齒輪)、外部負(fù)載和聯(lián)軸節(jié)。
  為了使伺服電機(jī)在加減速過(guò)程中有效地控制負(fù)載,理論上電機(jī)和負(fù)載慣量應(yīng)相等。但是,1:1的慣性匹配很少實(shí)用或?qū)崿F(xiàn)。許多因素會(huì)影響給定應(yīng)用程序可接受的慣性比,但最重要的因素之一是系統(tǒng)中的遵從性或結(jié)束。機(jī)械部件不是wan全剛性的,傳動(dòng)系中的皮帶、聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱部件越多,系統(tǒng)就越符合要求。一般來(lái)說(shuō),柔度越高,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比越小,電機(jī)應(yīng)能有效地控制負(fù)載。
  雖然沒(méi)有確定最佳慣量比的公式,但一些電機(jī)尺寸指南規(guī)定慣量比應(yīng)為10:1或更低。較高的失配會(huì)導(dǎo)致電機(jī)消耗比需要更多的電流,從而降低效率并增加運(yùn)行成本。較高的比率也會(huì)增加共振,并可能導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)所需的速度和位置,對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
  如果慣性比太高,有兩種方法可以降低它:給系統(tǒng)增加一個(gè)齒輪箱,或者使用一個(gè)更大的電機(jī)。齒輪箱經(jīng)常用于皮帶傳動(dòng)系統(tǒng),以優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩。但是,由于齒輪比對(duì)負(fù)載的慣性有平方反比的影響,它們也可以顯著降低系統(tǒng)的慣性比。
  降低慣性比的第二種方法是使用具有更大慣性的大電機(jī)。然而,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,這很少是一個(gè)有益的解決方案,因?yàn)楦蟮碾姍C(jī)成本更高,需要更多的扭矩來(lái)克服自身的慣性,消耗更多的能量,從而增加了系統(tǒng)的總擁有成本。
  一個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度(k)是指彈性體抵抗變形拉伸的能力。k=P/δ,P是作用于結(jié)構(gòu)的恒力,δ是由于力而產(chǎn)生的形變。
  轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度(k)為:k=M/θ  其中,M為施加的力矩,θ為旋轉(zhuǎn)角度。
  舉個(gè)例子,我們知道鋼管比較堅(jiān)硬,一般受外力形變小,而橡皮筋比較軟,受到同等力產(chǎn)生的形變就比較大,那我們就說(shuō)鋼管的剛性強(qiáng),橡皮筋的剛性弱,或者說(shuō)其柔性強(qiáng)。
  在伺服電機(jī)的應(yīng)用中,用聯(lián)軸器來(lái)連接電機(jī)和負(fù)載,就是典型的剛性連接;而用同步帶或者皮帶來(lái)連接電機(jī)和負(fù)載,就是典型的柔性連接。
  電機(jī)剛性就是電機(jī)軸抗外界力矩干擾的能力,而我們可以在伺服控制器調(diào)節(jié)電機(jī)的剛性。
  伺服電機(jī)的機(jī)械剛度跟它的響應(yīng)速度有關(guān),一般剛性越高其響應(yīng)速度也越高,但是調(diào)太高的話,很容易讓電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械共振,所以,在一般的伺服放大器參數(shù)里面都有手動(dòng)調(diào)整響應(yīng)頻率的選項(xiàng),要根據(jù)機(jī)械的共振點(diǎn)來(lái)調(diào)整,需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)(其實(shí)就是調(diào)增益參數(shù))。
  在伺服系統(tǒng)位置模式下,施加力讓電機(jī)偏轉(zhuǎn),如果用力較大且偏轉(zhuǎn)角度較小,那么就認(rèn)為伺服系統(tǒng)剛性強(qiáng),反之則認(rèn)為伺服剛性弱。注意這里我說(shuō)的剛性,其實(shí)更接近響應(yīng)速度這個(gè)概念。從控制器角度看的話,剛性其實(shí)是速度環(huán),位置環(huán)和時(shí)間積分常數(shù)組合成的一個(gè)參數(shù),它的大小決定機(jī)械的一個(gè)響應(yīng)速度。
  像松下和三菱伺服都有自動(dòng)增益功能。通常不需要特別去調(diào)整。國(guó)產(chǎn)的一些伺服,只能夠手工調(diào)整。
  其實(shí)如果你不要求定位快,只要準(zhǔn),在阻力不大的時(shí)候,剛性低,也可以做到定位準(zhǔn),只不過(guò)定位時(shí)間長(zhǎng)。因?yàn)閯傂缘偷脑挾ㄎ宦?,在要求響?yīng)快,定位時(shí)間短的情況下,就會(huì)有定位不準(zhǔn)的錯(cuò)覺(jué)。
  而慣量描述的是物體運(yùn)動(dòng)的慣性,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的度量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只跟轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和物體質(zhì)量有關(guān)。一般負(fù)載慣量超過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的10倍,可以認(rèn)為慣量較大。
  導(dǎo)軌和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性影響很大,固定增益下,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大,剛性越大,越易引起電機(jī)抖動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小,剛性越小,電機(jī)越不易抖動(dòng)??赏ㄟ^(guò)更換較小直徑的導(dǎo)軌和絲桿減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從而減小負(fù)載慣量來(lái)達(dá)到電機(jī)不抖動(dòng)。
  我們知道通常在伺服系統(tǒng)選型時(shí),除考慮電機(jī)的扭矩和額定速度等等參數(shù)外,我們還需要先計(jì)算得知機(jī)械系統(tǒng)換算到電機(jī)軸的慣量,再根據(jù)機(jī)械的實(shí)際動(dòng)作要求及加工件質(zhì)量要求來(lái)具體選擇具有合適慣量大小的電機(jī)。
  在調(diào)試時(shí)(手動(dòng)模式下),正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前提。
  那到底什么是“慣量匹配”呢?
  其實(shí)也不難理解,根據(jù)牛二定律:
  “進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩= 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J × 角加速度θ
  角加速度θ影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,θ越小則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng),系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果θ變化,則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢,影響加工精度。
  伺服電機(jī)選定后最大輸出值不變,如果希望θ的變化小,則J就應(yīng)該盡量小。
  而上面的,系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性動(dòng)量JM + 電機(jī)軸換算的負(fù)載慣性動(dòng)量JL。
  負(fù)載慣量JL由工作臺(tái)及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的慣量折合到馬達(dá)軸上的慣量組成。JM為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量,伺服電機(jī)選定后,此值就為定值,而JL則隨工件等負(fù)載改變而變化。如果希望J變化率小些,則最好使JL所占比例小些。
  這就是通俗意義上的“慣量匹配”。
  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。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)。
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