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伺服剛性和慣量的理解

發(fā)布時(shí)間:2019-08-10人氣:946

剛度是指質(zhì)料或布局在受力時(shí)抵抗彈性變形的才氣,是質(zhì)料或布局彈性變形難易程度的表征

。質(zhì)料的剛度平時(shí)用彈性模量E來衡量
。在宏觀彈性局限內(nèi)
,剛度是零件荷載與位移成正比的比例系數(shù)
,即惹起單位位移所需的力。它的倒數(shù)稱為柔度
,即單位力惹起的位移。剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度

一個(gè)布局的剛度(k)是指彈性體抵抗變形拉伸的才氣

k=P/δ

P是感化于布局的恒力

,δ是因?yàn)榱Χl(fā)生的形變

轉(zhuǎn)動(dòng)布局的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度(k)為:

k=M/θ 

此中

,M為施加的力矩
,θ為扭轉(zhuǎn)角度。

舉個(gè)例子

,我們曉得鋼管對(duì)照?qǐng)?jiān)挺
,普通受外力形變小,而橡皮筋對(duì)照軟
,受到同等力發(fā)生的形變就對(duì)照大,那我們就說鋼管的剛性強(qiáng)
,橡皮筋的剛性弱
,或者說其柔性強(qiáng)

在伺服電機(jī)的運(yùn)用中

,用聯(lián)軸器來連接電機(jī)和負(fù)載,即是典范的剛性連接
;而用同步帶或者皮帶來連接電機(jī)和負(fù)載,即是典范的柔性連接。

電機(jī)剛性即是電機(jī)軸抗外界力矩?cái)嚁_的才氣,而我們可以在伺服掌握器調(diào)節(jié)電機(jī)的剛性

伺服電機(jī)的機(jī)械剛度跟它的相應(yīng)速率有關(guān)

。普通剛性越高其相應(yīng)速率也越高,但是調(diào)太高的話
,很輕易讓電機(jī)發(fā)生機(jī)械共振
。所以,在普通的伺服放大器參數(shù)內(nèi)部都有手動(dòng)調(diào)整相應(yīng)頻率的選項(xiàng)
,要憑據(jù)機(jī)械的共振點(diǎn)來調(diào)整
,需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)(其實(shí)即是調(diào)增益參數(shù))

在伺服體系位置模式下

,施加力讓電機(jī)偏轉(zhuǎn),要是使勁較大且偏轉(zhuǎn)角度較小
,辣么就覺得伺服體系剛性強(qiáng)
,反之則覺得伺服剛性弱。留意這里我說的剛性
,其實(shí)更接近相應(yīng)速率這個(gè)概念。從掌握器角度看的話,剛性本來速率環(huán)
、位置環(huán)和時(shí)間積分常數(shù)組合成的一個(gè)參數(shù)
,它的大小決意機(jī)械的一個(gè)相應(yīng)速率。

像松下和三菱伺服都有自動(dòng)增益功效

,平時(shí)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)要是你不要求定位快

,只要準(zhǔn),在阻力不大的時(shí)候
,剛性低
,也能夠做到定位準(zhǔn)
,只但是定位時(shí)間長(zhǎng)
。因?yàn)閯傂缘偷脑挾ㄎ宦谝笙鄳?yīng)快
,定位時(shí)間短的情況下
,就會(huì)有定位禁止的錯(cuò)覺

而慣量形貌的是物體運(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)
。普通負(fù)載慣量超過電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的10倍,可以覺得慣量較大

導(dǎo)軌和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服電機(jī)傳動(dòng)體系的剛性影響很大

,固定增益下,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大
,剛性越大,越易惹起電機(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)
。可通過更換較小直徑的導(dǎo)軌和絲桿減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從而減小負(fù)載慣量來到達(dá)電機(jī)不抖動(dòng)。

我們曉得平時(shí)在伺服體系選型時(shí)

,除考慮電機(jī)的扭矩和額定速率等等參數(shù)外
,我們還需要先計(jì)較得悉機(jī)械體系換算到電機(jī)軸的慣量,再憑據(jù)機(jī)械的現(xiàn)實(shí)動(dòng)作要求及加工件質(zhì)量要求來具體選定具備合適慣量大小的電機(jī)

在調(diào)試時(shí)(手動(dòng)模式下),精確設(shè)定慣量比參數(shù)是充裕發(fā)揮機(jī)械及伺服體系非常佳效能的條件

那究竟什么是“慣量般配”呢

其實(shí)也不難理解

,憑據(jù)牛二定律:

進(jìn)給體系所需力矩= 體系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J × 角加快度θ

角加快度θ影響體系的動(dòng)靜特性,θ越小則由掌握器發(fā)出指令到體系執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng)

,體系反饋越慢
。要是θ變更,則體系反饋將忽快忽慢
,影響加工精度

伺服電機(jī)選定后非常大輸出值固定

,要是希望θ的變更小
,則J就應(yīng)該盡管小。 

而上面的

,體系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=伺服電機(jī)的扭轉(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由事情臺(tái)及上面裝的夾具和工件

、螺桿
、聯(lián)軸器等直線和扭轉(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)載改變而變更
。要是希望J變更率小些,則非常好使JL所占比例小些

這即是通俗意思上的“慣量般配

普通來說

,小慣量的電機(jī)制動(dòng)性能好
,啟動(dòng),加快停止的反饋很快,高速往復(fù)性好
,適合于一些輕負(fù)載
,高速定位的場(chǎng)所。中
、大慣量的電機(jī)適合大負(fù)載、安穩(wěn)要求對(duì)照高的場(chǎng)所
,如一些圓周運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一些機(jī)床行業(yè)

所以伺服電機(jī)剛性過大,剛性不及

,普通是要調(diào)掌握器增益改變體系相應(yīng)了。慣量過大
,慣量不及
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