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伺服电机的刚度和惯性的理解

更新时间:2019-05-15  点击次数:257次

说到刚性,首先要谈到刚度。 

刚度是指材料或结构在应力下抵抗弹性变形的能力,是材料或结构弹性变形难度的表示。材料的刚度通常用弹性模量e来衡量,在宏观弹性范围内,刚度是载荷与零件位移的比例系数,即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔量,即单位力引起的位移。刚度可分为静态刚度和动态刚度。 

结构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形和拉伸的能力。 

k=P/δ 

天津快乐十分 p是作用在结构上的恒定力,δ是力引起的变形。 

旋转结构的旋转刚度(k)为: 

k=M/θ 

其中m是施加的力矩,θ是旋转角度。 

例如,我们知道钢管相对较硬,外力引起的变形一般较小,而橡皮筋相对较软,相同力引起的变形相对较大。然后我们说钢管刚性强,橡皮筋刚性弱,或者它们的柔韧性强。 

在伺服电机的应用中,联轴器是连接电机和负载的典型刚性连接。使用同步带或皮带连接电机和负载是典型的柔性连接。 

电机的刚度是电机轴抵抗外部扭矩干扰的能力,我们可以在伺服控制器中调节电机的刚度。 

伺服电机的机械刚度与其响应速度有关。通常,刚性越高,响应速度就越高。然而,如果调节过高,电机的机械共振将很容易发生。因此,可以选择手动调整一般伺服放大器参数中的响应频率。根据机械谐振点(实际上是增益调整参数)进行调整需要时间和经验。 

在伺服系统位置模式下,施加一个力来偏转电机。如果力大而偏角小,则伺服系统被认为是刚性的,而伺服刚度被认为是弱的。请注意,我在这里谈论的刚性实际上更接近于响应速度的概念。从控制器的角度来看,刚度实际上是一个由速度环、位置环和时间积分常数组成的参数,其大小决定了机器的响应速度。 

松下和三菱伺服系统都有自动增益功能,通常不需要特殊调整。有些国产伺服系统只能手动调节。 

事实上,如果不需要快速定位,只要定位准确,当阻力不大、刚度低时,也可以实现精确定位,但定位时间长。因为如果刚性低,定位慢,如果响应快,定位时间短,就会有定位不准确的错觉。 

天津快乐十分 然而,惯性描述了物体运动的惯性,转动惯量是物体绕轴转动惯量的量度。惯性矩只与旋转半径和物体质量有关。通常,负载的惯性超过电机转子惯性的10倍,这可以被认为更大。 

导轨和丝杠的转动惯量对伺服电机驱动系统的刚度有很大影响。在固定增益下,转动惯量越大,刚性越大,电机振动的可能性就越大。惯性矩越小,电机的刚性就越小,震动的可能性就越小。通过更换较小直径的导轨和螺杆可以减小转动惯量,从而减小负载惯量,防止电机晃动。 

我们知道,通常在选择伺服系统时,除了要考虑电机的扭矩和额定速度等参数外,我们还需要计算和知道转换成电机轴的机械系统的惯性,然后根据机器的实际动作要求和被加工零件的质量要求选择具有合适惯性的电机。 

天津快乐十分 在调试过程中(手动模式),正确设置惯性比参数是充分发挥机械和伺服系统最佳效率的前提。 

什么是“惯性匹配”? 事实上,不难理解,根据牛二定律: 

天津快乐十分 进料系统所需扭矩=系统惯性矩J ×角加速度θ 

角加速度θ影响系统的动态特性。θ越小,从控制器到系统执行完成的时间越长,系统响应越慢。如果θ发生变化,系统响应将快速而缓慢,影响加工精度。 

选择伺服电机后,最大输出值不会改变。如果θ的变化预计较小,则J应尽可能小。 

另一方面,系统惯性矩j =伺服电机惯性矩JM+从电机轴转换而来的负载惯性矩JL。 

负载惯性JL由工作台、安装在工作台上的夹具、工件、螺钉、联轴器和其他线性和旋转运动部件的惯性组成,这些部件折叠在电机轴上。JM是伺服电机转子的惯性。选择伺服电机后,该值将为固定值,而JL将随着负载(如工件)的变化而变化。如果J的变化率预计较小,最好让JL占较小的比例。 

这是普遍意义上的“惯性匹配”。 

一般来说,惯性小的电机制动性能好,启停加速响应快,高速往复运动好,适用于一些轻负载、高速定位的场合。大中型惯性电机适用于高负载、高稳定性要求的场合,如一些圆周运动机构和一些机床行业。 

因此,伺服电机天津快乐十分的刚性太高,刚性不够。通常,需要调整控制器增益来改变系统响应。惯性过大和惯性不足是指负载惯性变化和伺服电机惯性之间的相对比较。

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