進(jìn)給伺服系統(tǒng)參數(shù)的匹配
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是電氣、機(jī)械等環(huán)節(jié)組成的一個(gè)整體，其組成環(huán)節(jié)的特性參數(shù)對(duì)組成系統(tǒng)的特性有著較大的影響。從理論上講，可以根據(jù)要求與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型確定其參數(shù)，但是由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)工作條件復(fù)雜多變，尤其是機(jī)械系統(tǒng)的阻尼、剛度、慣量等參數(shù)，尚無(wú)完善的計(jì)算方法。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)，除必要的理論計(jì)算外，還必輔之以實(shí)驗(yàn)分析和類(lèi)比法，利用已有的系統(tǒng)的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，這是目前常用的辦法。下面定性分析和介紹幾個(gè)重要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響及其確定方法。
1. 阻尼
數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的阻尼，主要與伺服驅(qū)動(dòng)裝置的電感，電阻，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械部件以及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻尼和粘性阻尼有關(guān)。它在系統(tǒng)中的作用是： 阻尼大則系統(tǒng)的伺服剛度高，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高。但是定位精度低，定位的離散程度大。由此可知，這兩方面是矛盾的，因此要求精度與抗干擾性之間進(jìn)行折衷考慮。
例如，采用滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌就是減少機(jī)械系統(tǒng)的阻尼。它是提高定位精度的有效措施，但是相對(duì)而言系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度將減小，因此，現(xiàn)在有些進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)置了可調(diào)阻尼的阻尼器，或者采用軟件的方法來(lái)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如阻尼。力求在保證系統(tǒng)具有高精度的的同時(shí)，保證系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性能。
2. 慣量
執(zhí)行部件的慣量越小越好，因?yàn)閼T量越大，時(shí)間常數(shù)越大，系統(tǒng)的靈敏度變差，且固有頻率降低()，易發(fā)生共振。但由于剛度、強(qiáng)度等方面的原因，慣量的降低受到的限制。一般要求（交流伺服電機(jī)）：
式中： JL ：傳動(dòng)部件折算到伺服電機(jī)輸出軸上的慣量； Jm：電機(jī)的慣量。
要滿(mǎn)足上述要求有兩個(gè)途徑：①盡可能使執(zhí)行部件折算到電機(jī)軸上的慣量減??；② 選用慣量較大的電機(jī)為驅(qū)動(dòng)源。
3. 剛度與固有頻率
剛度是指在沒(méi)有指令輸入時(shí)，在外力作用下系統(tǒng)抵抗位移變形的能力。即： K=F/δ
固有頻率ωn剛度低則系統(tǒng)的固有頻率降低（），這對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是不利的，對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖無(wú)影響，但是系統(tǒng)會(huì)固剛度不足而引起，失動(dòng)而造成系統(tǒng)的死區(qū)，這是因?yàn)閽咝胁考艿侥Σ亮Φ淖饔煤颓邢髁Γ瓜到y(tǒng)的一部分位置指令轉(zhuǎn)化為彈性變形，而實(shí)際上執(zhí)行部件無(wú)運(yùn)動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，總是要求進(jìn)給系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)(尤其是進(jìn)給傳動(dòng)環(huán)節(jié))具有足夠的剛度。
系統(tǒng)的固有頻率是由剛度和慣量這兩個(gè)主要參數(shù)所決定的，因此，在進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意各環(huán)節(jié)的固有頻率，一般要求：
機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率的2～3倍。
各個(gè)環(huán)節(jié)的固有頻率應(yīng)相互借開(kāi)，以免發(fā)生振動(dòng)耦合現(xiàn)象。
各個(gè)環(huán)節(jié)的固有頻率應(yīng)避開(kāi)系統(tǒng)的工作頻率范圍，以免在工作頻率上發(fā)生共振。 |
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