伺服的一些特性

文章来源:锐特步进电机 时间:2020-11-12 10:09:06 浏览:

  对于伺服产品来说,扭矩和转速的输出能力,是其最重要的基本特性。然而,与其它产品不同,伺服产品的输出特性,很难用一些简单的数字和参数表格描述清楚,每个驱动和电机(执行器)的组合都有着特定的输出特性曲线。

  伺服产品的扭矩和转速的输出能力并不是一个固定值,而是随着外界各种环境因素而不断变化的,比如:扭矩能力随着转速升高下降的趋势、环境温度对持续扭矩的影响、电压等级对峰值转速的影响...等等。因此,明白这些特性曲线的含义,以及它们会受到哪些外界应用环境参数的何种影响,会帮助我们更合理的应用伺服技术,并让产品发挥其应有的性能。反之,当然就是各种风险甚至问题。

  机械传动

  在生产设备中,伺服产品其实扮演的是动力源的角色,但却不是唯一重要角色。要驱动设备运转,机械传动是重要环节。在伺服技术的应用中,机械、物理尤其是运动学在其中是被应用最多的学科。设备性能的提升,除了需要动力源的不断进化,与此同时,设备机械物理结构也需要随之持续简化和优化。这一点,我们可以借鉴汽车和火车的发展史。

  早期的汽车在刚发明的时候,外形结构基本上就是没有马拉的车,而后来其动力不断进化,随着发动机技术越来越先进,汽车本身的各个机械部件也随之不断的进步;火车的动力从一开始的蒸汽机车到内燃机车,再到后来的电力机车乃至今天的高铁动车,其结构也因为其动力源性能的改善而不断进步。伺服技术的应用同样,当更高性能的伺服动力源被应用到设备中时,对设备机械结构部分的要求也在不断提升。

  关于伺服应用中的机械传动,以下几点是我认为需要重点考虑的:

  惯量

  从运动学角度看,惯量决定了物体运动获得加速度(速度变化)所需要的力的大小;而从电气传动角度看,惯量值直接决定了电机输出扭矩和驱动系统的频率响应值之间线性比例。如果不能获得较准确的惯量值,伺服系统会因为不能在频率和扭矩方面进行动态响应,从而影响运动系统性能。

  速比

  当伺服电机都要通过一些传动机构联接到负载上,这些传动机构的传动速比(电机侧速度/负载侧速度)称为减速比。如:减速机和同步带的减速比、丝杠的螺距、齿轮的中径、同步带轮的直径等等。

  减速比的重要作用,从技术角度可以增加扭矩输出,匹配惯量比,使得整定和调试更加方便;而从设备性价比角度,可以帮助合理匹配传动系统,优化整体成本。比如,有时将减速机速比从 1:3 提升到 1:5,在成本保持不变的情况下,所需电机的扭矩有机会减小为原来的60%,这可以极大的降低电机、驱动以及减速机(因为使用更小扭矩的减速机)的总体成本。

  能效

  只要有中间环节,就必然会有消耗。我们希望设备系统的能量,尽可能多的能够作用到最终运动负载,而尽量少的消耗在中间传动环节。这种对于伺服机械结构上做的减法,所带来的正面效应是连锁性的,从对电机和驱动功率的需求、到电源、电缆、柜体、线槽、变压器......等等,是能够带动设备整体系统性的进化的。然而,哪里的消耗最大,从哪里减,怎么减,这就需要做对设备伺服系统不断做能效分析,同时针对能效较低的环节采取一些有效的技术手段,例如:调整传动级数、更改传动方式......等等。

  刚性

  伺服系统的大部分问题,都发生在驱动侧(电机侧)和被驱动侧(负载侧)“碰撞”(或者说互相角逐)的瞬间,中间环节消耗的不仅仅是动力和能量,也有性能上的损失。尽管从发展趋势看,需要对中间机械传动环节不断优化,但限于当前技术能力水准等因素,很多时候仍然不得不使用一些中间机构,那么我们就需要尽可能减小传动机构刚性不佳给设备伺服系统性能带来的不良影响。就像我们骑自行车时,总不希望链条太松一样的道理。

  电磁兼容性

  伺服技术应用本身也是一项复杂的电力电子系统工程,在这个系统中,包含着大功率的交直交变频技术、传感器以及编码器技术、通讯和网络技术以及一些电子半导体技术。当这么多复杂技术应用到一台庞大的设备的各个角落的时候,势必带来很大的电磁兼容性的风险。

  很多企业都为经常遇到电磁干扰而导致的非正常故障停机,以及带来的巨大损失而头疼。虽然没有权威数字统计,但只要把设备每分钟的产量和每次处理干扰故障的时间拿出来,就不难看到我们可以继续提高效益的巨大空间。

  碰到电磁干扰是件很头疼的事情,因为这时我们的设备就像被诅咒了一样。在制造业,我们有多少人没有因为为干扰问题困扰过呢?这其实很大程度上是因为,在工业领域缺少高频电磁兼容性的专业知识和人员。

  要知道,掌握电磁兼容性专业能力的人群在电子通讯领域,他们正用这些专业能力为我们今天的信息社会创造着巨大价值。有趣的是,我们视之为干扰的东东,在他们看来是信号;所以,重要的是,我们需要去向他们去学习,如何管理这些高频电磁波的传播。

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