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什么是伺服控制静态摩擦和动态摩擦?

发布时间:2021-08-11 18:03:39点击量:

  摩擦是两个物体之间相对运动的阻力,发生在所有滑动和滚动运动中。在使用润滑分离滚动或滑动表面的部件(如轴承和齿轮)中,通常存在两种类型的摩擦:静态摩擦和动态摩擦。


  静摩擦-也称为“静摩擦”-是在运动开始时发生的摩擦,因为两个表面之间的结合被破坏,润滑层开始形成。一旦开始相对运动并建立润滑层,就会发生动态摩擦。静态和动态摩擦有时被称为“库仑摩擦”。一旦润滑层完全形成,摩擦就与表面的相对速度成正比,称为粘性摩擦或流体摩擦。

什么是伺服控制静态摩擦和动态摩擦?(图1)

  静摩擦力或静摩擦力阻止物体移动,直到施加的力(或扭矩,对于旋转物体)超过静摩擦力。


  了解运动控制部件中的摩擦类型很重要,因为摩擦对调整伺服系统构成特殊挑战。当系统经历零速度交叉时(当系统从静止状态开始移动或改变方向时),会发生静摩擦,这尤其有问题,因为它可能导致系统超过其预期位置、速度或扭矩,然后随着摩擦的减小而振荡,系统将找到设定点。在最坏的情况下,静摩擦会完全停止运动。


  理论上,可以通过增加伺服控制回路中的增益(尤其是比例和/或积分增益)来补偿静摩擦。然而,一旦运动开始,摩擦从静态过渡到动态,这将需要过度增益并导致不稳定性。


  为了解决摩擦引起的问题,伺服控制器通常包括摩擦补偿功能,可以在适当的时间内产生适当的扭矩(或力),克服摩擦而不失稳。

什么是伺服控制静态摩擦和动态摩擦?(图2)

  摩擦补偿大大改善了位置跟踪误差。


  摩擦补偿方法为前馈控制。前馈摩擦补偿(尤其是静摩擦)最常见的实现方式是将速度相关的前馈控制添加到当前指令中。这增加了发送到电机的电流量,因此电机产生足够的扭矩以克服高启动(静态)摩擦。

什么是伺服控制静态摩擦和动态摩擦?(图3)

  通过在电机电流中加入速度相关的前馈控制,可以在无振荡或不稳定的情况下减小由静摩擦引起的跟踪误差。


  前馈增益是一种控制动作。它估计控制算法的理想输出,预测实现零误差所需的命令,并将这些命令作为辅助信号注入控制回路。


  然而,由于摩擦的减少——在许多情况下,摩擦会显著减少——一旦运动开始,“摩擦补偿窗口”(罗克韦尔自动化公司使用的术语)也可以定义。此参数指定基于定位误差量或轴速度应用摩擦补偿的时间和程度。换句话说,摩擦补偿窗口确保增加的扭矩足以满足系统在任何给定时间点遇到的摩擦类型(静态或动态)。

什么是伺服控制静态摩擦和动态摩擦?(图4)

  此图显示了一种类型的摩擦补偿窗口。当轴速度在规定极限之间时,摩擦补偿电流与速度成正比,以解决静摩擦问题。对于高于或低于这些限制的速度,摩擦补偿电流是恒定的,以解决动态摩擦。


  大多数伺服控制器提供摩擦补偿,通常采用自动调整算法。尽管摩擦补偿对于几乎所有具有高静摩擦的系统都很有用,但它最常用于需要非常精确的路径跟踪的应用中,例如协调运动和轮廓。


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