伺服电机在使用中的常见问题

一．前言　　伺服系统是机电产品中的重要环节，它能获取最低水平的动态号召和扭矩密度，所以拖系统的发展趋势是用交流控制器驱动取替传统的液压、直流、Q和AC变频调压驱动，以便使系统性能超过一个全新的水平，还包括更加较短的周期、更高的生产率、更佳的可靠性和更长的寿命。为了构建伺服电机的更佳性能，就必需对伺服电机的一些用于特点有所理解。

本文将浅析伺服电机在用于中的常见问题。　　二．问题　　问题一：噪声，不平稳　　客户在一些机械上用于伺服电机时，常常不会再次发生噪声过大，电机造就阻抗运转不平稳等现象，经常出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量很差，因为有时替换成Q电机或是变频电机来拖阻抗，噪声和不平稳现象却反而小很多。

表面上看，显然是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，不会找到这种结论是几乎错误的。　　交流伺服系统还包括：控制器驱动、伺服电机和一个对系统传感器（一般伺服电机自带光学偏码器）。所有这些部件都在一个掌控闭环系统中运营：驱动器从外部接管参数信息，然后将一定电流运送给电机，通过电机转换成扭矩造就阻抗，阻抗根据它自己的特性展开动作或特滑行，传感器测量阻抗的方位，使驱动装置对原作信息值和实际方位值展开较为，然后通过转变电机电流使实际方位值和原作信息值保持一致，当阻抗忽然变化引发速度变化时，偏码器得知这种速度变化后不会立刻反应给控制器驱动器，驱动器又通过转变获取给伺服电机的电流值来符合阻抗的变化，并新的回到到原作的速度。

交流伺服系统是一个号召十分低的全闭环系统，阻抗波动和速度较于是以之间的时间迟缓号召是十分慢的，此时，确实容许了系统号召效果的是机械相连装置的传送时间。　　荐一个非常简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的阻抗。整个系统必须取得恒定的速度和较慢的号召特性，分析其动作过程：　　当驱动器将电流送往电机时，电机立刻产生扭矩；一开始，由于V形带不会有弹性，阻抗会加快到象电机那样慢；伺服电机不会比阻抗提早抵达原作的速度，此时装有在电机上的偏码器会巩固电流，继而巩固扭矩；随着V型带上张力的大大减少不会使电机速度减慢，此时驱动器又不会去减少电流，周而复始。

　　在此例中，系统是波动的，电机扭矩是波动的，阻抗速度也随之波动。其结果当然不会是噪音、磨损、不平稳了。不过，这都不是由伺服电机引发的，这种噪声和不稳定性，是源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度(低)与机械传送或者反应时间（较长）不相匹配而引发的，即伺服电机号召慢于系统调整新的扭矩所需的时间。

　　寻找了问题根源所在，再行来解决问题当然就更容易多了，针对以上例子，您可以：（1）减少机械刚性和减少系统的惯性，增加机械传动部位的响应时间，如把V形带替换成必要丝杆传动或用齿轮箱替换V型带上。（2）减少伺服系统的响应速度，增加伺服系统的掌控比特率，如减少伺服系统的增益参数值。　　当然，以上只是噪起，不稳定的原因之一，针对有所不同的原因，不会有有所不同的解决办法，如由机械共振引发的噪声，在控制器方面可采行共振诱导，较低通滤波等方法，总之，噪声和不稳定的原因，基本上都会是由于伺服电机本身所导致。

　　问题二：惯性给定　　在伺服系统选型及调试中，常会遇到惯量问题！具体表现为：1在伺服系统选型时，除考虑到电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还必须再行计算出来获知机械系统折算到电机轴的惯量，再行根据机械的实际动作拒绝及加工件质量拒绝来明确自由选择具备适合惯量大小的电机；2在调试时（手动模式下），准确原作惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题，此点在拒绝高速高精度的系统上展现出由为引人注目（台达控制器惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样，就有了惯量给定的问题！　　那究竟什么是惯量给定呢？　　1.根据牛顿第二定律：进给系统所须要力矩T=系统传动惯量J角加速度角加速度影响系统的动态特性，就越小，则由控制器收到指令到系统继续执行完的时间就越宽，系统反应越慢。如果变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。

由于马达指定后仅次于输入T值恒定，如果期望的变化小，则J应当尽可能小。2.进给轴的总惯量J＝伺服电机的转动惯性动量JM＋电机轴折算的阻抗惯性动量JL阻抗惯量JL由（以工具机为事例）工作台及上面装有的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和转动运动件的惯量折算到马达轴上的惯量构成。

JM为伺服电机转子惯量，伺服电机指定后，此值就为定值，而JL则随工件等阻抗转变而变化。如果期望J变化率小些，则最差使JL所占到比例小些。

这就是通俗意义上的惯量给定。　　告诉了什么是惯量给定，那惯量给定明确有什么影响又如何确认呢？　　1．影响：传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态号召都有影响，惯量大，系统的机械常数大，号召快，不会使系统的固有频率上升，更容易产生谐振，因而容许了控制器比特率，影响了控制器精度和响应速度，惯量的必要减小只有在提高短距离乌龟时不利，因此，机械设计时在不影响系统刚性的条件下，不应尽可能增大惯量。　　2．确认：取决于机械系统的动态特性时，惯量就越小，系统的动态特性反应就越好；惯量越大，马达的阻抗也就越大，越难掌控，但机械系统的惯量须要和马达惯量相匹配才讫。

有所不同的机构，对惯量给定原则有有所不同的自由选择，且有有所不同的起到展现出。例如，CNC中心机通过伺服电机不作高速工件时，当阻抗惯量减少时，不会再次发生：1.控制指令转变时，马达须要花费较多时间才能超过新的指令的速度拒绝；2.当机台沿二轴继续执行弧式曲线较慢工件时，不会再次发生较小误差1.一般伺服电机一般来说状况下，当JL≦JM，则上面的问题会再次发生。2.当JL＝3JM，则马达的可控性不会些微减少，但对平时的金属工件会有影响。

(高速曲线工件一般建议JL≦JM)　　3.当JL≧3JM，马达的可控性不会显著上升，在高速曲线工件时展现出引人注目　　有所不同的机构动作及加工质量拒绝对JL与JM大小关系有有所不同的拒绝，惯性给定的确认必须根据机械的工艺特点及加工质量拒绝来确认。　　问题三：伺服电机选型　　在自由选择好机械传动方案以后，就必需对伺服电机的型号和大小展开自由选择和证实。　　（1）选型条件：一般情况下，自由选择伺服电机须要符合下列情况：　　1.马达仅次于扭矩＞系统所需之最低移动扭矩。　　2.马达的转子惯量与阻抗惯量相匹配。

　　3倒数阻抗工作扭力≦马达额定扭力　　4.马达仅次于输入扭力＞系统所须要仅次于扭力（加快时扭力）　　（2）选型计算出来：　　1.惯量给定计算出来（JL/JM）　　2.。

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