Com a component bàsic de l'automatització industrial moderna, el rendiment dels servosistemes afecta directament la precisió del moviment de l'equip i la resposta dinàmica. Durant la posada en marxa del servo, la rigidesa i la relació d'inèrcia són dos paràmetres crítics que determinen conjuntament l'estabilitat del sistema i la velocitat de resposta. En aquest article s'aprofundirà en els conceptes de rigidesa del servo i relació d'inèrcia, els seus mètodes de posada en marxa i consideracions pràctiques en aplicacions-del món real.
I. Concepte i depuració de rigidesa del servo
La rigidesa del servo reflecteix la capacitat d'un sistema de resistir les pertorbacions externes, que normalment es manifesta com l'efecte combinat del guany del bucle de posició (PG) i el guany del bucle de velocitat (VG). Un sistema de-alta rigidesa respon ràpidament a les ordres i resisteix les pertorbacions externes, però una rigidesa excessiva pot induir vibracions mecàniques; un sistema de baixa-rigidesa ofereix estabilitat però presenta una resposta dinàmica més lenta.
Mètodes de depuració:
1. Ajust de guany de bucle de posició (PG).
PG determina la capacitat del sistema per corregir desviacions de posició. L'augment de PG millora la rigidesa, però requereix precaució per evitar l'excés. Es recomana el "mètode incremental": començar des d'un valor més baix i augmentar gradualment mentre es controla la vibració de l'equip. Quan aparegui una lleugera oscil·lació, reduïu el guany entre un 5% i un 10%.
2. Optimització de guany de bucle de velocitat (VG).
VG influeix en la velocitat de resposta del bucle de velocitat. Durant la depuració, arregleu PG i augmenteu gradualment VG fins que l'error de seguiment de la comanda de velocitat es minimitzi. En escenaris típics, la relació VG-a-PG és d'aproximadament 1:3 (p. ex., quan PG=30, VG≈10).
3. Tecnologia de compensació anticipada
Per a aplicacions d'alta-velocitat i alta-precisió, activeu el feedforward de velocitat i el feedforward d'acceleració. Estableix el feedforward de velocitat al 80%-95% i el feedforward d'acceleració al 60%-80%. Això redueix significativament l'error de seguiment sense augmentar el risc de vibració.
Cas pràctic:
Una màquina eina CNC va mostrar errors de contorn durant el mecanitzat amb arc. En augmentar el PG de 25 a 35, ajustar el VG de 8 a 12 i habilitar un 85% d'avançament de velocitat, la precisió del contorn va millorar un 42%. Tingueu en compte que les diferents estructures mecàniques (p. ex., transmissió directa vs transmissió de cargol) presenten variacions significatives en la sensibilitat als paràmetres de rigidesa.
II. Càlcul i aparellament de la relació d'inèrcia
La relació d'inèrcia es defineix com la relació entre la inèrcia de càrrega i la inèrcia del rotor del motor (JL/JM), que influeix directament en el rendiment i l'estabilitat de l'acceleració del sistema. L'experiència tradicional suggereix limitar la relació d'inèrcia a 10:1, però la tecnologia moderna de servos ara admet relacions més altes (fins a 50:1 en determinades aplicacions).
Mètode de càlcul:
1. Mesura de la inèrcia de càrrega
● S'obté mitjançant funcions d'auto-identificació motora (p. ex., Yaskawa Σ-7 sèrie "Afinació d'un sol toc").
● Càlcul de la fórmula: per a càrregues rotatives, JL=0.5mr²; Les càrregues de moviment lineal requereixen la conversió a la inèrcia de l'eix del motor (JL=m × (v/ω)²).
2. Estratègia d'optimització:
Quan la relació d'inèrcia sigui > 15, recomaneu:
a) Augmenta la relació d'engranatges (millora la relació quadrada; per exemple, la relació d'engranatges 12 redueix la relació d'inèrcia equivalent a 1/4)
b) Seleccioneu un motor d'-inèrcia alta
c) Ajusteu el temps integral del bucle de velocitat (normalment augmenta entre un 20% i un 30%)
Tractament d'escenaris especials:
En sistemes robòtics multi-articulats, la relació d'inèrcia de cada eix varia amb la postura. Per a un robot de 6 eixos on la relació d'inèrcia del quart eix canvia de 81 durant el moviment, implementeu:
● Activa el filtratge adaptatiu (p. ex., la funció de supressió de vibracions de Mitsubishi MR-J4).
● Configurar diversos conjunts de paràmetres de guany i canviar automàticament mitjançant PLC.
III. Afinació col·laborativa de la relació de rigidesa i inèrcia
Aquests dos paràmetres s'acoblen i requereixen l'adhesió al principi de depuració de "primer inèrcia, després rigidesa":
1. Passos bàsics:
● Després del muntatge mecànic, primer mesurar la relació d'inèrcia real.
● Paràmetres de bucle de velocitat preestablerts en funció de l'interval de relació (p. ex., quan la relació d'inèrcia és > 20, el VG inicial s'estableix al 70% del valor estàndard).
● Finalment, ajusteu el guany del bucle de posició.
2. Tècniques de supressió de vibracions:
● Activa els filtres d'osca en el rang de vibració d'alta freqüència de 500-800 Hz.
● Per a vibracions de baixa-freqüència (<100Hz), appropriately reduce PG and increase the speed loop integral time.
3. Mètode de prova dinàmica:
Utilitzeu una corba de velocitat trapezoïdal per fer proves, observant els errors de seguiment durant les diferents fases d'acceleració:
● Gran error durant l'acceleració → Augmenta VG o afegeix un feedforward d'acceleració.
● Error durant la velocitat constant → Ajustar PG.
● Sobrepassar durant la desacceleració → Optimitzar la constant de temps de desacceleració.
IV. Tècniques d'afinació avançades i aplicacions industrials
1. Tecnologia de control adaptatiu
Per exemple, el control HRV del sistema 30iB de Fanuc pot identificar els canvis de càrrega en temps real i ajustar automàticament els guanys. En aplicacions de màquines de fosa a pressió, redueix les fluctuacions de posició en un 60% quan fluctuen les relacions d'inèrcia.
2. Configuració del sistema de doble bucle-tancat-
Les rectificadores d'alta-precisió solen emprar retroalimentació dual (codificador de motor + escala lineal). Les consideracions clau inclouen:
● La rigidesa mecànica insuficient pot provocar oscil·lacions en la retroalimentació d'escala lineal.
● Establiu la resolució d'escala lineal entre 5 i 10 vegades la del codificador del motor.
3. Referència dels paràmetres de la indústria:
| Aplicacions de la indústria | Relació d'inèrcia típica | Classificació PG | Classificació VG |
| Màquina de col·locació SMT | 3-8 | 40-60 | 15-25 |
| Platina de la màquina d'emmotllament per injecció | 15-30 | 20-35 | 8-15 |
| Màquina-eina de pòrtic | 5-12 | 30-45 | 10-20 |
V. Solucions a problemes comuns
1. Problema de vibració de baixa-freqüència
Una màquina d'embalatge mostrava vibracions persistents a la banda de freqüència de 5 Hz. Es resol mitjançant els passos següents:
● Comproveu l'espai lliure de la transmissió mecànica<0.05mm.
● Redueix el VG de 12 a 9 i ajusta el PG de 35 a 28.
● Augmentar el temps integral del bucle de velocitat de 100 ms a 150 ms.
2. Error de reconeixement d'inèrcia
Quan s'utilitzen caixes de canvis de tercers-, les relacions d'inèrcia mesurades poden desviar-se fins a un 30% dels valors teòrics. Recomanacions:
● Preneu diverses mesures en diverses posicions típiques i calculeu la mitjana.
● Tenir en compte els canvis d'inèrcia equivalents causats pel joc de la caixa de canvis.
3. Escenaris de canvi sobtat de rigidesa
Per a escenaris com les màquines d'estampació que experimenten augments sobtats de rigidesa en contactar amb peces de treball, les contramesures inclouen:
● Configurar dos conjunts de paràmetres i canviar entre ells mitjançant senyals d'E/S.
● Utilitzeu sensors de pressió per activar la commutació de guany (el retard de commutació ha de ser<10ms).
Amb l'avenç de la fabricació intel·ligent, l'ajust dels servomotors està passant d'enfocaments basats en l'experiència-a basats en dades-. Es recomana als enginyers que estableixin bases de dades de paràmetres que documentin les combinacions òptimes de paràmetres en diverses condicions de funcionament, complementades amb eines d'anàlisi de l'espectre de vibracions per a un ajustament precís. En el futur, la sintonització predictiva integrada amb la tecnologia digital bessona sorgirà com una nova direcció de desenvolupament.