进给伺服系统参数的匹配

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进给伺服系统是电气、机械等环节组成的一个整体,其组成环节的特性参数对组成系统的特性有着较大的影响。从理论上讲,可以根据要求与系统的数学模型确定其参数,但是由于进给伺服系统工作条件复杂多变,尤其是机械系统的阻尼、刚度、惯量等参数,尚无完善的计算方法。因此在进行设计和调试时,除必要的理论计算外,还必辅之以实验分析和类比法,利用已有的系统的参数和经验数据进行新的设计,这是目前常用的办法。下面定性分析和介绍几个重要参数对系统性能影响及其确定方法。
1. 阻尼
  数控进给伺服系统的阻尼,主要与伺服驱动装置的电感,电阻,电动机的机械部件以及机械传动机构的摩擦阻尼和粘性阻尼有关。它在系统中的作用是: 阻尼大则系统的伺服刚度高,抗干扰能力强,稳定性高。但是定位精度低,定位的离散程度大。由此可知,这两方面是矛盾的,因此要求精度与抗干扰性之间进行折衷考虑。
  例如,采用滚动导轨和静压导轨就是减少机械系统的阻尼。它是提高定位精度的有效措施,但是相对而言系统的稳定性裕度将减小,因此,现在有些进给系统设置了可调阻尼的阻尼器,或者采用软件的方法来改变系统的结构参数如阻尼。力求在保证系统具有高精度的的同时,保证系统具有较好的稳定性能。
 2. 惯量
  执行部件的惯量越小越好,因为惯量越大,时间常数越大,系统的灵敏度变差,且固有频率降低(进给伺服系统参数的匹配),易发生共振。但由于刚度、强度等方面的原因,惯量的降低受到的限制。一般要求(交流伺服电机):
                进给伺服系统参数的匹配
式中: JL :传动部件折算到伺服电机输出轴上的惯量; Jm:电机的惯量。
  要满足上述要求有两个途径:①尽可能使执行部件折算到电机轴上的惯量减小;② 选用惯量较大的电机为驱动源。
3. 刚度与固有频率
  刚度是指在没有指令输入时,在外力作用下系统抵抗位移变形的能力。即: K=F/δ
  固有频率ωn刚度低则系统的固有频率降低(进给伺服系统参数的匹配),这对闭环系统的稳定性是不利的,对开环系统的稳定性虽无影响,但是系统会固刚度不足而引起,失动而造成系统的死区,这是因为扫行部件受到摩擦力的作用和切削力,使系统的一部分位置指令转化为弹性变形,而实际上执行部件无运动。因此,在设计进给系统时,总是要求进给系统的各个环节(尤其是进给传动环节)具有足够的刚度。
  系统的固有频率是由刚度和惯量这两个主要参数所决定的,因此,在进给伺服系统设计中,应注意各环节的固有频率,一般要求:
 进给伺服系统参数的匹配 机械传动机构的固有频率应高于伺服驱动系统的固有频率的2~3倍。
 进给伺服系统参数的匹配 各个环节的固有频率应相互借开,以免发生振动耦合现象。
 进给伺服系统参数的匹配 各个环节的固有频率应避开系统的工作频率范围,以免在工作频率上发生共振。
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