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负载惯量与电动机惯量对电机伺服系统的影响

2019-08-22 16:04:00     来源:电机技术日参        

【大比特导读】对于一个伺服系统来说,增益越高,系统就越灵敏,对指令的响应就越快;但是过高的增益将会导致系统不稳定。通过调节伺服放大器来调整系统增益,当系统具有过冲小于5%和相移不超过90°的临界阻尼时,系统就能在很大响应和很小不稳性之间获得好的折中,安定时间就很小。

目前,各种类型的永磁电动机已悄然进入国民经济的各个领域,如在家用电器、情报信息机械、汽车工业、造纸工业、纺织工业、精密机床工业和军事工业等制造领域内得到了广泛的应用,并已进入大力发展阶段。仔细分析和深入研讨无刷直流永磁电动机和自控式永磁同步电动机的基本理论、设计方法,以及它们的选用,已忧为一个新的课题,伺服系统就是引领或跟进电机发展的新生事物。

电机

对于一个伺服系统来说,增益越高,系统就越灵敏,对指令的响应就越快;但是过高的增益将会导致系统不稳定。通过调节伺服放大器来调整系统增益,当系统具有过冲小于5%和相移不超过90°的临界阻尼时,系统就能在很大响应和很小不稳性之间获得好的折中,安定时间就很小。

在系统稳定的情况下,如果增加驱动机构的惯量,则系统会出现低频不稳定:如果减小驱动机构的惯量,则会出现高频不稳定。因此,系统惯量,尤其是负载惯量与电动机惯量的匹配情况,除了影响系统的功率传输外,更是引起系统不稳定,甚至不可控的诸多因素中的一个重要的因素。

如何消除负载惯量与电动机惯量之间的严重不匹配?一般情况下,负载惯量是不易变化的,为了消除由于负载惯量与电动机惯量之间的高度不匹配而在它们之间产生的无效运动和柔量位移,可以采取下列几项措施:

(1)首先采用合适的变速机构,尽可能把负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度减到很小。

(2)其次是提高机械系统的刚度。

(3)在(1)和(2)措施无效的情况下,可以采取增加电动机轴上的惯量方法,尽可能把负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度减到很小。

电动机的选用方案在负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度很小化的过程中,电动机的选用通常有两个方案:

●选用低惯量电动机。选用低惯量电动机,将有利于减小总的系统惯量,从而系统可以获得较高的加速度和较大的频带宽度;在加速性能很大化的同时,可以采用变速机构把负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度很小化。但是,为了使负载惯量与电动机惯量匹配而采取很佳变速比方案的成本较高,有时还不一定能够实现。

●选用大惯量电动机

在选用低惯量电动机方案不能实现的情况下,有时采用具有同样力矩等级的在转轴上装有飞轮的大惯量电动机是很好的选择,它能够在伺服驱动系统的很高的动态性能和稳定性之间提供一个合理的折中方案。

设计人员可以根据上述原则,与配套件供应商合作,在综合分析可供采用的各个方案的可行性、系统性能和制造成本等情况的基础上,做出合理的决策。

什么是伺服系统?伺服系统又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统是物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。

在很多情况下,伺服系统专指被控制量是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角),其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统初用于国防军工, 如火炮的控制, 船舰、飞机的自动驾驶,导弹发射等,后来逐渐推广到国民经济的许多部门,如自动机床、无线跟踪控制等。

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