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深入分析伺服電機(jī)噪音的不穩(wěn)定性

Sq0B_Excelpoint ? 來(lái)源:cg ? 2018-11-30 15:08 ? 次閱讀

用戶在一些機(jī)械上使用伺服電機(jī)時(shí),經(jīng)常會(huì)發(fā)生噪聲過(guò)大,電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。出現(xiàn)此問(wèn)題時(shí),許多使用者的第一反應(yīng)就是伺服電機(jī)質(zhì)量不好,因?yàn)橛袝r(shí)換成步進(jìn)電機(jī)或是變頻電機(jī)來(lái)拖動(dòng)負(fù)載,噪聲和不穩(wěn)定現(xiàn)象卻反而小很多。表面上看,確實(shí)是伺服電機(jī)的原故,但我們仔細(xì)分析伺服電機(jī)的工作原理后,會(huì)發(fā)現(xiàn)這種結(jié)論是完全錯(cuò)誤的。

伺服系統(tǒng)包括:伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和一個(gè)反饋傳感器(一般伺服電機(jī)自帶光學(xué)編碼器)。所有這些部件都在一個(gè)控制閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行:驅(qū)動(dòng)器從外部接收參數(shù)信息,然后將一定電流輸送給步進(jìn)伺服電機(jī),通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩帶動(dòng)負(fù)載,負(fù)載根據(jù)它自己的特性進(jìn)行動(dòng)作或加減速,傳感器測(cè)量負(fù)載的位置,使驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)設(shè)定信息值和實(shí)際位置值進(jìn)行比較,然后通過(guò)改變電機(jī)電流使實(shí)際位置值和設(shè)定信息值保持一致,當(dāng)負(fù)載突然變化引起速度變化時(shí),編碼器獲知這種速度變化后會(huì)馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器又通過(guò)改變提供給伺服電機(jī)的電流值來(lái)滿足負(fù)載的變化,并重新返回到設(shè)定的速度。

伺服系統(tǒng)是一個(gè)響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng),負(fù)載波動(dòng)和速度較正之間的時(shí)間滯后響應(yīng)是非常快的,此時(shí),真正限制了系統(tǒng)響應(yīng)效果的是機(jī)械連接裝置的傳遞時(shí)間。

舉例

一臺(tái)機(jī)械是用伺服電機(jī)通過(guò)V形帶傳動(dòng)一個(gè)恒定速度、大慣性的負(fù)載。整個(gè)系統(tǒng)需要獲得恒定的速度和較快的響應(yīng)特性,分析其動(dòng)作過(guò)程:

當(dāng)驅(qū)動(dòng)器將電流送到電機(jī)時(shí),電機(jī)立即產(chǎn)生扭矩;一開始,由于V形帶會(huì)有彈性,負(fù)載不會(huì)加速到像步進(jìn)電機(jī)那樣快;伺服電機(jī)會(huì)比負(fù)載提前到達(dá)設(shè)定的速度,此時(shí)裝在電機(jī)上的編碼器會(huì)削弱電流,繼而削弱扭矩;隨著V型帶張力的不斷增加會(huì)使電機(jī)速度變慢,此時(shí)驅(qū)動(dòng)器又會(huì)去增加電流,周而復(fù)始。

在此例中,系統(tǒng)是振蕩的,電機(jī)扭矩是波動(dòng)的,負(fù)載速度也隨之波動(dòng)。其結(jié)果當(dāng)然會(huì)是噪音、磨損、不穩(wěn)定了。不過(guò),這都不是由伺服電機(jī)引起的,這種噪聲和不穩(wěn)定性,是來(lái)源于機(jī)械傳動(dòng)裝置,是由于伺服系統(tǒng)反應(yīng)速度(高)與機(jī)械傳遞或者反應(yīng)時(shí)間(較長(zhǎng))不相匹配而引起的,即伺服電機(jī)響應(yīng)快于系統(tǒng)調(diào)整新的扭矩所需的時(shí)間。

找到了問(wèn)題根源所在,解決以上例子問(wèn)題,您可以:

增加機(jī)械剛性和降低系統(tǒng)的慣性,減少機(jī)械傳動(dòng)部位的響應(yīng)時(shí)間,如把V形帶更換成直接絲桿傳動(dòng)或用齒輪箱代替V型帶。

降低伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度,減少伺服系統(tǒng)的控制帶寬,如降低伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)值。

以上只是噪聲不穩(wěn)定的原因之一。針對(duì)不同的原因,會(huì)有不同的解決辦法。如由機(jī)械共振引起的噪聲,在伺服方面可采取共振抑制,低通濾波等方法,總之,噪聲和不穩(wěn)定的原因,基本上都不會(huì)是由于伺服電機(jī)本身所造成。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:【世說(shuō)設(shè)計(jì)】伺服電機(jī)噪音及不穩(wěn)定分析

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