现代Servo驱动器高调能力-配有高分辨率反馈性能Servo电机-消除负载对运动惯性匹配问题
电机匹配惯性这一公认原理与今天快速运动控制处理器和高级控制算法不再相关过时惯性匹配法优化系统动态增加成本并增加不必要质量应用中负载惯性高和连续托盘需求低
实情是电机惯性仅仅是开发最优性能解决方案时的一个考量,
正像我们在文章中探索, 两大元素是建立高性能运动系统的关键
机制设计僵硬
应用组件适量应用
运动系统用这两个元素能够提高带宽,改善移动和结定时间并实现强健动态控制
惯性匹配规则源
惯性匹配被认为解决连接Servo电机的驱动负载稳定控制问题20世纪70年代,笔式servo电机开始取代机工具世界液压电机时,设计师根据机器预期性能计算负载惯性、托盘和速度需求选择电机满足需要的托盘和速度需求时,如果装惯性电机离1:1匹配不近,工程师使用两种选项之一:
高惯性电机交换
• 变速箱减少servo电机所见反射惯性
这两种方法都有效,但增加系统成本最优权转移发生时惯性匹配, 无法保证高效操作系统最理想的是,全系统惯性应减低耗能大型电机增加加速增加电动机惯性所需的托盘
还有其他因素应用分级18luck平台液压电机初始转换期间,对现有技术限制快速分析完整的机械控制系统
闭环servo系统搭建中包括可极大影响机器性能的组件-包括电机、附属反馈设备、联结加载和调和servo回路能力今日系统通过让设计工程师调试servo回路操作目标带宽和servo僵硬性可提供良好的性能,转而优化对控制器命令的反应.即使同时最小化反射系统内Servo电机受servo驱动器控制,电流、速度和定位循环调频提高系统响应
系统稳定
快速响应力或速度中断
平滑运算
对比之下,过去强制设计工程师用离散组件和强力计调servo回路即工程师主要通过实验调整循环增益有限分析工具处理功率加离散组件要求电机加载近惯性匹配
即使在处理器和分析器改善(并开发数字调频回路)时,对1:1匹配的老需求继续永久化
技术进步先带(有限)惯性匹配规则修改
无刷电机技术、高能NEFEB磁铁和数字调试循环的到来后,惯性匹配协议遇上新复杂问题高能磁体位于转子上,电机惯性远小于相似刷式电机电机满足程序需要的持续和峰值调节能力 产生较高负载对运动惯性错位servo驱动数字调试圈实属容易调整增益和滤波以提供稳定控制低处理器速度、低分辨率反馈设备以及其他限制时间因素往往导致开发惯性过强无刷运动器选项
增强处理能力使复杂分析生成精确数学建模和系统响应模拟18luck平台先进工具整合到今日servo驱动器中 创建复杂机械系统交互分析设计工程师简化servo系统优化过程
18luck平台高级分析还让机器搭建者理解(详解)机械系统精确指纹.和如何最优解决性能限制
遵章-高带宽解决方案威胁
18luck平台机械系统合规性即驱动负载和电机间电源传输组件自然复发性遵规生成延迟响应时间-转而降低系统带宽万一设计工程师引入大型惯性错位守法问题只是放大
案例指针: 考虑运动设计小马达足以移动异常大负载.但电机和负载通过联结连接小马达快速对大负载应用托盘时,大负载会犹豫响应,因为休息对象往往保持休息状态。延迟是马达和加载连接的结果,加载启动前即开始移动
负载最终与马达同步时 大惯性超速目标系统调整大惯性超速时目标速度再次传递-触发小电机再调整持续循环产生共振和不稳定系统
18luck平台多数机械系统可数学建模和模拟使用各种感应频率快速识别频率响应-即共振频率系统带宽永远不能超过系统初始反共振点增加带宽的目标是通过识别并解决共振原因提高初始共振频率在一个兼容系统里,随着守法度或春度提高,初始共振点频率相对较低Hertz值-转而下降系统带宽
对比之下,当驱动负载直接与电机连接以尽量减少守法性时,错配会得到减慢-提高初始共振频率并创建高带宽系统
增强僵硬度并降低系统惯性
18luck平台如前所述,数学模型代表机械系统显示高带宽和高成本效益系统的最终解决方案是提高机械强度.并减少系统总体惯性
考虑直接驱动解决方案,直接加载夫妇近零达标精密控制带宽系统即使惯性错位超过千分之1也可以实现
在一个极端僵硬(不达标)系统中,servo系统应小小化,提供必要的托盘,以具体应用所需方式移动系统惯性直接驱动求解不适应所有应用, 多数运动系统设计将包括电源传输组件,高级分析工具 即时识别兼容性元素 降低系统性能
18luck平台显示工兵停止使用旧惯性匹配法支持使用提高机械性能和降低惯性时提高性能和成本节约
轴 | 原创Jm 千兆克2) |
新建jm2) | 负载惯性2) | 原创错配 | 新建惯性错配 | 增量 | 成本节约 |
X级 | 120 | 67.7 | 256.75 | 2.14 | 3-79 | 77% | 17% |
Y级 | 17 | 4.58 | 9.56 | 0.56 | 2.09 | 273% | 34% |
Z级 | 121.6 | 80 | 29.4 | 0.24 | 0.37 | 54% | 17% |
Bode图案运动系统设计
Bode图是一个强分析工具,由两个图表组成,显示注入信号的频率响应以识别系统放大度和相位延时
Bode绘图还提供系统惯性错位、连接体数和摩擦水平的线索.并可以识别系统开闭环带宽、相位增益幅度和共振频率信息对系统调优最优性能极有价值通常通过调整循环增益实现优化,安装各种数字滤波模式,并(在某些情况下)对系统机械略微修改设计
参考 Bode图例使用此 Bode绘图,我们可以判定开闭循环带宽. 以及相关增益和相位边距带宽表示开路图达0db频率-约11Hz相位差值为-180度以上(约48度)的度数,增差值对应-180度-约9.2dB
试想一个实战应用示例说明如何通过对解决方案应用经改进系统僵化性来成功优化性能和成本-不考虑惯性错位.
三轴激光切割机初始设计(和轴电机选择)使用惯性匹配法重新设计旨在降低机器成本并提升性能应用需求审查显示,替代电机解决方案可提高系统共振点,允许增益和相位边距并增强稳定性
改进版激光切割机使用的新servo电机降低系统总体惯性,提供较小包件高功率密度,并增加高轴直径机的僵硬性-高共振频率机越强越难实现提高性能
科尔莫尔根|kellmorgen.com
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