PDF《伺服电机选型的原则和注意事项》

《装备制造技术》

2009 年第

11 期 为了满足机械设备对高精度、 快速响应的要求, 伺服电机 应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时 间常数和启动电压, 还应具有较长时间的过载能力, 以满足低 速大转矩的要求, 能够承受频繁启动、 制动和正、 反转, 如果盲 目地选择大规格的电机, 不仅增加成本, 也会使得设计设备的 体积增大, 结构不紧凑, 因此选择电机时应充分考虑各方面的 要求, 以便充分发挥伺服电机的工作性能;

下面介绍伺服电机 的选型原则和注意事项.

1 交流伺服电动机的特点及比较 1.1 交流伺服电动机的特点 (1 )起动转矩大;

(2 )运行范围较广;

(3 )无自转现象. 1.2 与步进电机的比较 (1 )控制精度更高;

(2 )低频特性好, 即使在低速时也不会出现振动现象;

(3 )矩频特性不同, 即在其额定转速 (一般为

2 000 r/min 或3000 r/min ) 以内, 都能输出额定转矩, 在额定转速以上为 恒功率输出;

(4 )具有较强的速度过载和转矩过载能力, 最大转矩为 额定转矩的 2~3 倍;

(5 )交流伺服驱动系统为闭环控制, 驱动器可直接对电 机编码器反馈信号进行采样, 内部构成位置环和速度环, 控制 性能更为可靠;

(6 )交流伺服系统的加速性能较好,从静止加速到其额定 转速

3000 r/min 仅需数 ms, 可用于要求快速启停的控制场合[1] . 因此,伺服电机广泛应用于对精度有较高要求的机械设 备, 如印刷设备、 机床和 CNC 数控设备、 装配线和材料夹持自 动生产、 印刷设备、 打浆成纸及网面处理和自动机载系统包装 设备、 纺织设备、 激光加工设备、 机器人、 自动化生产线等对工 艺精度、 加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备.

2 伺服电机选型的原则 2.1 负载 / 电机惯量比 正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效 能的前提, 此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出, 伺 服系统参数的调整跟惯量比有很大的关系,若负载电机惯量 比过大, 伺服参数调整越趋边缘化, 也越难调整, 振动抑制能 力也越差, 所以控制易变得不稳定;

在没有自适应调整的情况 下, 伺服系统的默认参数在 1~3 倍负载电机惯量比下, 系统会 达到最佳工作状态, 这样, 就有了负载电机惯量比的问题, 也 就是我们一般所说的惯量匹配,如果电机惯量和负载惯量不 匹配,就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较 大的冲击;

下面分析惯量匹配问题. TM - TL = ( JM + JL ) α (1 ) 式中, TM ―― ―电机所产生的转矩;

TL ―― ―负载转矩;

JM ―― ―电机转子的转动惯量;

JL ―― ―负载的总转动惯量;

α ―― ―角加速度. 由上式[2] 可知, 角加速度 α 影响系统的动态特性, α 越小, 则由控制器发出的指令到系统执行完毕的时间越长,系统响 应速度就越慢;

如果 α 变化, 则系统响应就会忽快忽慢, 影响 机械系统的稳定性. 由于电机选定后最大输出力矩值不变, 如 果希望 α 的变化小, 则(JM + JL )应该尽量小. JM 为伺服电机 转子的转动惯量, 伺服电机选定后, 此值就为定值, 而JL 则根 据不同的机械系统类型可能是定值, 也可能是变值, 如果 JL 是 变值的机械系统, 我们一般希望 ( JM + JL )变化量较小, 所以我 们就希望 JL 在总的转动惯量中占的比例就小些,这就是我们 常说的 惯量匹配 [3] . 通过以上分析可知: ①转动惯量对伺服系统的精度, 稳定 性, 动态响应都有影响, 惯量越小, 系统的动态特性反应越好, 惯量大, 系统的机械常数大, 响应慢, 会使系统的固有频率下 降, 容易产生谐振, 因而限制了伺服带宽, 影响了伺服精度和 伺服电机选型的原则和注意事项 王军锋, 唐宏(江西理工大学, 江西 赣州