伺服系統(tǒng)是機(jī)電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，它能提供最高水平的動態(tài)響應(yīng)和扭矩密度，所以拖動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是用交流伺服驅(qū)動取替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓、直流、步進(jìn)和AC變頻調(diào)速驅(qū)動，以便使系統(tǒng)性能達(dá)到一個全新的水平，包括更短的周期、更高的生產(chǎn)率、更好的可靠性和更長的壽命。為了實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的更好性能，就必須對伺服電機(jī)的一些使用特點(diǎn)有所了解。本文將淺析伺服電機(jī)在使用中的常見問題。

問題一

噪聲，不穩(wěn)定

有些使用者在一些機(jī)械上使用伺服電機(jī)時，經(jīng)常會發(fā)生噪聲過大，電機(jī)帶動負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象，出現(xiàn)此問題時，許多使用者的第一反應(yīng)就是伺服電機(jī)質(zhì)量不好，因?yàn)橛袝r換成步進(jìn)電機(jī)或是變頻電機(jī)來拖動負(fù)載，噪聲和不穩(wěn)定現(xiàn)象卻反而小很多。表面上看，確實(shí)是伺服電機(jī)的原故，但我們仔細(xì)分析伺服電機(jī)的工作原理后，會發(fā)現(xiàn)這種結(jié)論是完全錯誤的。

交流伺服系統(tǒng)包括：伺服驅(qū)動、伺服電機(jī)和一個反饋傳感器(一般伺服電機(jī)自帶光學(xué)偏碼器)。所有這些部件都在一個控制閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行：驅(qū)動器從外部接收參數(shù)信息，然后將一定電流輸送給電機(jī)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩帶動負(fù)載，負(fù)載根據(jù)它自己的特性進(jìn)行動作或加減速，傳感器測量負(fù)載的位置，使驅(qū)動裝置對設(shè)定信息值和實(shí)際位置值進(jìn)行比較，然后通過改變電機(jī)電流使實(shí)際位置值和設(shè)定信息值保持一致，當(dāng)負(fù)載突然變化引起速度變化時，偏碼器獲知這種速度變化后會馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器又通過改變提供給伺服電機(jī)的電流值來滿足負(fù)載的變化，并重新返回到設(shè)定的速度。交流伺服系統(tǒng)是一個響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負(fù)載波動和速度較正之間的時間滯后響應(yīng)是非常快的，此時，真正限制了系統(tǒng)響應(yīng)效果的是機(jī)械連接裝置的傳遞時間。

舉一個簡單例子：有一臺機(jī)械，是用伺服電機(jī)通過V形帶傳動一個恒定速度、大慣性的負(fù)載。整個系統(tǒng)需要獲得恒定的速度和較快的響應(yīng)特性，分析其動作過程：

當(dāng)驅(qū)動器將電流送到電機(jī)時，電機(jī)立即產(chǎn)生扭矩;一開始，由于V形帶會有彈性，負(fù)載不會加速到象電機(jī)那樣快;伺服電機(jī)會比負(fù)載提前到達(dá)設(shè)定的速度，此時裝在電機(jī)上的偏碼器會削弱電流，繼而削弱扭矩;隨著V型帶張力的不斷增加會使電機(jī)速度變慢，此時驅(qū)動器又會去增加電流，周而復(fù)始。

在此例中，系統(tǒng)是振蕩的，電機(jī)扭矩是波動的，負(fù)載速度也隨之波動。其結(jié)果當(dāng)然會是噪音、磨損、不穩(wěn)定了。不過，這都不是由伺服電機(jī)引起的，這種噪聲和不穩(wěn)定性，是來源于機(jī)械傳動裝置，是由于伺服系統(tǒng)反應(yīng)速度(高)與機(jī)械傳遞或者反應(yīng)時間(較長)不相匹配而引起的，即伺服電機(jī)響應(yīng)快于系統(tǒng)調(diào)整新的扭矩所需的時間。

找到了問題根源所在，再來解決當(dāng)然就容易多了，針對以上例子，您可以：

(1)增加機(jī)械剛性和降低系統(tǒng)的慣性，減少機(jī)械傳動部位的響應(yīng)時間，如把V形帶更換成直接絲桿傳動或用齒輪箱代替V型帶。

(2)降低伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少伺服系統(tǒng)的控制帶寬，如降低伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)值。

當(dāng)然，以上只是噪起，不穩(wěn)定的原因之一，針對不同的原因，會有不同的解決辦法，如由機(jī)械共振引起的噪聲，在伺服方面可采取共振抑制，低通濾波等方法，總之，噪聲和不穩(wěn)定的原因，基本上都不會是由于伺服電機(jī)本身所造成。

問題二

慣性匹配

在伺服系統(tǒng)選型及調(diào)試中，常會碰到慣量問題!具體表現(xiàn)為：

1、在伺服系統(tǒng)選型時，除考慮電機(jī)的扭矩和額定速度等等因素外，我們還需要先計(jì)算得知機(jī)械系統(tǒng)換算到電機(jī)軸的慣量，再根據(jù)機(jī)械的實(shí)際動作要求及加工件質(zhì)量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機(jī);

2、在調(diào)試時(手動模式下)，正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前題，此點(diǎn)在要求高速高精度的系統(tǒng)上表現(xiàn)由為突出(臺達(dá)伺服慣量比參數(shù)為1-37，JL/JM)。這樣，就有了慣量匹配的問題!

問題三

伺服電機(jī)選型

在選擇好機(jī)械傳動方案以后，就必須對伺服電機(jī)的型號和大小進(jìn)行選擇和確認(rèn)。

(1)選型條件：一般情況下，選擇伺服電機(jī)需滿足下列情況：

1.馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速系統(tǒng)所需之最高移動轉(zhuǎn)速。

2.馬達(dá)的轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配。

3.連續(xù)負(fù)載工作扭力≦馬達(dá)額定扭力。

4.馬達(dá)最大輸出扭力>系統(tǒng)所需最大扭力(加速時扭力)。

(2)選型計(jì)算：

1.慣量匹配計(jì)算(JL/JM)。

2.回轉(zhuǎn)速度計(jì)算(負(fù)載端轉(zhuǎn)速，馬達(dá)端轉(zhuǎn)速)。

負(fù)載扭矩計(jì)算(連續(xù)負(fù)載工作扭矩，加速時扭矩)。