伺服电机的高低惯量到底是什么,要怎么匹配?|常见问题解答|北京北成新控伺服技术快乐赛车

伺服电机的高低惯量到底是什么,要怎么匹配?

发表时间:2019-11-08 文章出处:网络人气:-


伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。


低惯量与高惯量


那么,伺服电机的低惯量和高惯量是什么意思?什么区别?


惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量,转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。(刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体),选择的时候遇到电机惯量,也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量,对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳。


转动惯量=转动半径*质量


低惯量就是电机做的比较扁长,主轴惯量小,当电机做频率高的反复运动时,惯量小,发热就小。所以低惯量的电机适合高频率的往复运动使用。但是一般力矩相对要小些。


高惯量的伺服电机就比较粗大,力矩大,适合大力矩的但不很快往复运动的场合。因为高速运动到停止,驱动器要产生很大的反向驱动电压来停止这个大惯量,发热就很大了。


一般来说,小惯量的电机制动性能好,启动,加速停止的反应很快,高速往复性好,适合于一些轻负载,高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合,如一些圆周运动机构和一些机床行业。


如果负载比较大或是加速特性比较大,而选择了小惯量的电机,可能对电机轴损伤太大,选择应该根据负载的大小,加速度的大小等等因素来选择,一般的选型手册上有相关的能量计算公式。


伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制,最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一,最大不可超过五倍。通过机械传动装置的设计,可以使负载。


惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大,机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时,则可使用电机转子惯量较大的电机,即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机,要达到一定的响应,驱动器的容量应要大一些。


惯量匹配

前文有提到,在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题!

image.png


  • 具体表现


1、在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机。

2、在调试时(手动模式下),正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(台达伺服惯量比参数为1-37,JL/JM)。这样,就有了惯量匹配的问题!


  • 那到底什么是“惯量匹配”呢?


1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。

2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由(以工具机为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。


知道了什么是惯量匹配,那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?


  • 影响

传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。


  • 确定

衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。例如,CNC中心机通过伺服电机作高速切削时,当负载惯量增加时,会发生:

(1)控制指令改变时,马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求。

(2)当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时,会发生较大误差:

①一般伺服电机通常状况下,当JL≦JM,则上面的问题不会发生;

②当JL=3×JM,则马达的可控性会些微降低,但对平常的金属切削不会有影响(高速曲线切削一般建议JL≦JM);

③当JL≧3×JM,马达的可控性会明显下降,在高速曲线切削时表现突出。

不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。





上一篇 返回列表 最后一篇
我要评论:  
*内 容:
验证码: 点击刷新换一张
 

共有-条评论

正在加载...
极速快乐8 河北11选5走势图 山东群英会 秒速时时彩 天津十一选五前三走势 百万彩票 幸运飞艇官网 极速11选5 幸运飞艇官网 欢乐生肖