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伺服系统应用得心应手

作者:Frank J. Bartos, P.E., Control Engineering 特约编辑2007.05.15阅读 14638

机器可能也运行良好,不用再做任何调整。他介绍说默认伺服设置适用于通用情况控制工程网版权所有,能使系统保证基本系统运作。只要做一些基础的伺服整定就可以使机器运作效率倍增。
  除了默认设置,Fanuc 0i-C系列低端控制器还具有“一键设置”功能,能够方便地进行高精度参数初始化设置,而高端的Fanuc CNC系列提供的基于PC软件也具备这种功能。Webster先生继续介绍说,提高伺服系统运行效率下一步就是根据波德图整定速率增益和谐振滤波器。Servo Guide就是一款不错的整定软件。
  通过系统增益幅度(dB)和相角(deg.)对控制环路频响进行分析,波德图可以评估出伺服系统的稳定性。Webster先生提醒用户需要关注哪些重要指标,包括系统最大带宽(增益不变时的频率范围)、增益幅度为10dB时的频率值、频率衰减低于-20dB时的增益裕度。当波德图上无正频率峰值,频率衰减又低于-10dB,此时整定滤波器就能非常有效地消除谐振的影响。
 GE Fanuc推出了与CNC配套的高级整定函数,帮助用户整定伺服系统控制工程网版权所有,获得最佳运作效率。Webster先生告诉用户公司为他们准备的整定导航器方便实用,能够帮助用户顺利完成整
定各个步骤。
  Noteworthy是一个动态评估函数,能够自动减少CNC应用中产生的象限突起(或运动损失)现象。象限突起现象主要由系统内部的空隙引起的,这些空隙可能是机械部件之间的物理空隙也可能是系统具有弹性而造成,这种现象也叫wind-up。这两个明显的因素会引起运动损失,造成系统滞后,在圆形图上产生象限突起效应。(见“运动损耗”图)。
  “我们利用“空隙加速”方法来消除象限突起现象,这种方法就是通过整定空隙数量并加入速率修正命令来消除造成运动损失的因素。”Webster先生如是说。动态整定是一个连续不断的过程,系统不断整定直到运动曲线达到精度为止。Webster先生又补充说一旦进入整定,整个系统整定过程就会自动进行。从某种意义上来说,CNC是基于系统初始误差整定的。
  其他伺服系统供应商也为用户提供了不同的运动损失补偿方式。

  不可忽略负载惯性
  负载惯性与电机的惯性之间的比例系数也是一个重要的考虑因素。实际运用中有很多系数值可用,而Baldor Electric推荐了负载惯性与电机惯性之比不大于10:1这一经常被提到的系数。Mazurkiewicz先生解释说,可能某些工程师会建议采用更高的惯性系数,但不管如何关键是要降低“惯性失配”的概率同时又能降低整定的难度。
  Bosch Rexroth也给用户类似的忠告,他们建议用户检查“驱动负载”的惯性大小。Bosch Rexroth高级应用工程师Brian Van Laar先生解释说负载惯性比电机惯性大许多的话,就很难进行快速的速度变化和定位了。在某些减速运动中www.cechina.cn,负载会反过来带动电机,引起过冲现象,致使稳定时间增长。为避免惯性失配,他们公司给出了若干“适配标准”:快速定位<2:1,修正定位<5:1,高速率变换<10:1。
  Mazurkiewicz先生介绍说避免惯性失配的方法之一就是在允许的范围内提高齿轮比或滚珠间距,这样做能够减少负载惯性对电机的影响。选择电机的同时也要考虑选择适当的齿轮比和滚珠间距,当然也不能忘记考虑电机的大小。
  而另一方面,适当的整定方法可以得到很高的惯性系数。Baldor公司就提到他们做过的一个项目,他们曾经为一台包装机的伺服系统做过人工整定,当时惯性系数高达144:1。他们一共花了6个小时才将系数整定到适合值。惯性失配值过高系统的响应就会减小。Control Engineering1997年9月刊曾刊登名为“Electric Servos Do More with Less”的文章,就几个高惯性负载应用实例进行过探讨。

  安装电机注意事项
  Baldor公司Mazurkiewicz先生提到了电机安装过程中常见的几个问题:
  由于供电电压不足会导致电机运行速度不够。所以选择电机时,要确保10%的电压余量,以防低电压的情况;并检测电机两端电压。
  由于低估负载重量或是发生去磁现象(系统带有磁铁时)会导致转矩过短。用万用表或示波器很容易能够检查出这种现象。启动电机控制工程网版权所有,使其以一个测试速度运行,测量两端电压,然后启动另外一个电机以相同的速度运行,测试其两端电压。如果两次测得的电压值不同,则被测电机发生失磁现象。解决方法就是把电机送到制造商处重新磁化,并检查原因加以改正。

图3GEFanucCNC高级整定采用步进式评估方式以减少机器运动损失图示为一个二轴系统运作图从图中不难看出最初的运动损耗(象限突起…
图3:GE Fanuc CNC 高级整定采用步进式评估方式以减少机器运动损失。
图示为一个二轴系统运作图,从图中不难看出最初的运动损耗(象限突起)
现象在第8 次评估中已被消除。

  发生电机过热现象可能由于转矩过长,换句话说就是电机尺寸过小www.cechina.cn,还有就是可能出现了纹波电流(用示波器可以观察到)。Maz
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