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伺服驱动运动系统机械刚度和伺服刚度的作用

发布时间:2021-08-11 18:22:02点击量:

  在考虑刚度时,通常会考虑机械刚度,部件或系统抵抗偏转的能力。但是,在伺服驱动运动系统中,刚度还可以表示系统的调整方法,即伺服控制器的增益设置方法和电动机对外部干扰的响应方法。


  机械刚度


  机械刚度系统在负载时可以抵抗变形。也就是说,在不改变形状或位置的情况下,可以承受很大的力或弯矩。(机械刚度的反义词是柔软。)零件的机械刚度取决于由物体大小和形状决定的弹性系数和平面惯性矩。

伺服驱动运动系统机械刚度和伺服刚度的作用(图1)

  结构的机械刚度取决于大小、形状和材料。


  在自动或装配设备——等运动系统中,对机器刚度最重要的影响来自齿轮箱、驱动机构(皮带和滑轮、螺丝等)、耦合等电动机和载荷之间的连接点。这是直接驱动(直线电动机和力矩电动机)表示高刚度的原因之一,3354的载荷直接与电动机结合,消除中间动力传输部件。


  理论上,运动系统不能机械地太僵化。具有低顺应性和高刚度的系统比低刚度系统更有效地传递动力和提高响应能力。但是,在实际应用中,机器刚度必须与阻尼元件平衡,以防止冲击载荷和振动在整个系统中传递。


  伺服刚度


  在伺服系统调整中,刚度——通常被称为“伺服刚度”或“控制刚度”3354,表示系统拒绝或克服外部干扰的能力。这种碰撞可能发生在静态(轴保持位置或速度)或动态(轴跟随位置或速度轨迹)状态下。


  伺服刚度由控制电路的增益决定。在运动控制系统中,定位环的比例增益对伺服刚度的影响最大。比例增益值与修改后的误差成正比,并确定电动机为抗干扰产生的恢复力大小。


  比例增益设置过低的轴无法克服干扰(在系统中也称为“软”),但比例增益太高会导致系统过度碰撞,并倾向于围绕对象振动,从而导致不稳定。

伺服驱动运动系统机械刚度和伺服刚度的作用(图2)

  如果包括速度控制环,速度环的积分增益(Ki)也会影响伺服刚度。


  伺服刚度主要由定位环的比例增益(Kp)决定。但是,如果控制包括速度环,则速度环的集成增益(Ki)也会影响刚度。


  机械刚度和伺服刚度之间的关系是共振。机械刚度系统的谐振频率通常高于伺服系统工作的频率(带宽)。因此,刚性高的机械系统可以利用刚性伺服调谐(高增益)——的响应、低振动和快速设置时间。


  相反,柔软的机械系统(刚度较低的系统)在较低的共振频率下工作。机械兼容系统在高伺服增益(高带宽)下工作时,伺服带宽接近或重叠机械谐振频率,系统可能变得不稳定。

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