時間:2020-04-27 16:13:27來源:老趙說制造
慣性是物體對速度變化的阻力,物體越重或尺寸越大,其慣性就越大。在運動控制或伺服系統(tǒng)中,電機和負載都有慣性,它們的慣量之比將影響系統(tǒng)的性能。
這一比例是電機尺寸調(diào)整中最重要的一個方面,也是最容易被忽視的一個方面。電機慣量主要由電機轉(zhuǎn)子的尺寸驅(qū)動。通過將所有運動部件(皮帶、螺釘、齒條和小齒輪、外部負載和聯(lián)軸器)的慣性相加,計算出負載慣性。
為了使電機控制系統(tǒng)在加減速過程中有效地控制負載,電機和負載的慣性應(yīng)盡可能接近相等,但1:1的慣性匹配是很難實現(xiàn)的。許多因素都會影響可接受的慣性比,但最重要的因素之一是系統(tǒng)的符合性或結(jié)束。機械部件不是完全剛性的,并且隨著柔順部件的增加,系統(tǒng)將具有更多的柔順性。系統(tǒng)合規(guī)性主要由更靈活的部件(如皮帶和聯(lián)軸器)驅(qū)動,一般來說,柔度越高,慣性比應(yīng)該越低。
沒有確定理想慣量的公式,但大多數(shù)伺服尺寸指南的目標(biāo)是慣性比10:1或更低,較高的傳動比會導(dǎo)致電機比必要時超負荷工作,并且在劇烈運動時會導(dǎo)致沉降時間增加,從而降低效率,增加運行成本和循環(huán)時間。通過適當(dāng)?shù)膽T性比,如果慣性比非常高(超過10:1),則電機可能根本無法控制系統(tǒng),即使處于靜止?fàn)顟B(tài)。這將導(dǎo)致電機使用過多的功率來保持負載穩(wěn)定,或者需要大量的工程時間來將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)。
電機制造行業(yè)大多采用四種慣量估測技術(shù),以具體應(yīng)用在電機實際物理結(jié)構(gòu)中,求得準確的電機轉(zhuǎn)子慣量值,四種方法分別為控制補償法、慣量比較法、分段辨識法及電氣比較法。
控制補償發(fā):1992洛侖茲(RobertD.Lorenz)提出一種測電機內(nèi)部參數(shù)方法,求得包括慣、黏滯系數(shù)Viscosity)及摩擦損耗之值,其原由前饋補償之控制論(FeedforwardControl),估得電機參數(shù)值,此一作法已大應(yīng)用于伺服級電機中。
慣量比較法:近來,以色MEA電機測試公司(M.E.A.TestingSystemsLtd.)采用外加一個已知慣值之飛輪,觀察電機加裝飛輪后的加速變化,由已知慣估測未知慣的技術(shù),獲得電機轉(zhuǎn)子慣值。
分段鑒別法:針對永磁式直有刷電機進系統(tǒng)鑒別(SystemIdentification),用輸入多次大小同之步階電壓,透過數(shù)學(xué)矩陣運算,求得電機內(nèi)部參數(shù),包括電感、電阻、反電動勢常數(shù)(BackElectroMotiveForceConstant,Back-EMFConstant)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)(TorqueConstant)、轉(zhuǎn)子慣及黏滯系數(shù)。
電氣比較法:已知電機系電能與動能間轉(zhuǎn)換機構(gòu),電機系統(tǒng)可劃分為電氣及機械兩種類別,電氣部分系指輸入電壓、電、電機線圈電阻及電感,機械部分為輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機慣及黏滯系數(shù)。由自動控制學(xué)可知,電氣響應(yīng)速會比機械響應(yīng)速來得快。運用方式系改變電機機械參數(shù),對電機慣進調(diào)整,故測時間較長。改變電機電氣參數(shù),用控制器調(diào)整電機輸入電源,測時間較短。
已知改變電機電氣參數(shù),測時間較為短暫,然而在操作時間上,洛侖茲需調(diào)配控制器參數(shù)而較為耗時,且慣值估測結(jié)果偏差較大,直接影響加速法測準。運用電機電氣參數(shù)部分,在影響慣估測前提下,提升電機測系統(tǒng)測試效,達到快速測之目的。結(jié)論如果慣量比太高,有兩種方法可以降低它:增加傳動比(每轉(zhuǎn)電機的輸出距離)或使用更大的電機。由于皮帶輪的低機械優(yōu)勢,在皮帶傳動系統(tǒng)中經(jīng)常需要變速箱。還可以顯著降低系統(tǒng)的慣性比,因為齒輪比對負載的慣性有平方反比的影響。降低慣性比的第二種方法是使用具有更高慣性的較大電機(有時移動到中等慣性電機)。但是,由于所需的空間和成本,變速箱是首選解決方案。
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