揭示:AB電機(jī)與交流伺服系統(tǒng)的事實(shí)奧秘
AB電機(jī)是種離散運(yùn)動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢,運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號),但在使用和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用作比較。
AB電機(jī)精度不同,交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例,對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言,由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言,驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
AB電機(jī)特性不同,步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器有關(guān),般認(rèn)為振動頻率為電機(jī)空載起跳頻率的半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)AB電機(jī)工作在低速時,般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,比如在電機(jī)上加阻尼器,或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。
AB電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋機(jī)械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT),可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn),便于系統(tǒng)調(diào)整。交流伺服系統(tǒng)在許多方面都優(yōu)于AB電機(jī)。但在些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動機(jī)。所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。
1.AB電機(jī)設(shè)置自動加油參數(shù)(設(shè)置得小些,如5秒加次油),觀察自動加油是否正確,如果正確,則將自動加油參數(shù)設(shè)置到實(shí)際需要的參數(shù)。
2.設(shè)置步進(jìn)驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù),通常細(xì)分?jǐn)?shù)越高,控制分辨率越高。但細(xì)分?jǐn)?shù)太高則影響到zui大進(jìn)給速度。般來說,對于模具機(jī)用戶可考慮脈沖當(dāng)量為0.001mm/P(此時zui大進(jìn)給速度為9600mm/min)或者0.0005mm/P(此時zui大進(jìn)給速度為4800mm/min);對于精度要求不高的用戶,脈沖當(dāng)量可設(shè)置的大些,如0.002mm/P(此時zui大進(jìn)給速度為19200mm/min)或0.005mm/P(此時zui大進(jìn)給速度為48000mm/min)。對于兩相步進(jìn)電機(jī),脈沖當(dāng)量計(jì)算方法如下:脈沖當(dāng)量=絲杠螺距÷細(xì)分?jǐn)?shù)÷200。
3.AB電機(jī)單軸加速度:用以描述單個進(jìn)給軸的加減速能力,單位是毫米/秒平方。這個指標(biāo)由機(jī)床的物理特性決定,如運(yùn)動部分的、進(jìn)給電機(jī)的扭矩、阻力、切削負(fù)載等。這個值越大,在運(yùn)動過程中花在加減速過程中的時間越小,效率越高。通常,對于步進(jìn)電機(jī),該值在100 ~ 500之間,對于伺服電機(jī)系統(tǒng),可以設(shè)置在400 ~ 1200之間。在設(shè)置過程中,開始設(shè)置小點(diǎn),運(yùn)行段時間,重復(fù)做各種典型運(yùn)動,注意觀察,如果沒有異常情況,然后逐步增加。如果發(fā)現(xiàn)異常情況,則降低該值,并留50%~100%的保險余量。
4. AB電機(jī)起跳速度:該參數(shù)對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的起跳頻率。所謂起跳頻率是步進(jìn)電機(jī)不經(jīng)過加速,能夠直接啟動工作的zui高頻率。合理地選取該參數(shù)能夠提高加工效率,并且能避開步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動特性不好的低速段;但是如果該參數(shù)選取大了,就會造成悶車,所以定要留有余量。在電機(jī)的出廠參數(shù)中,般包含起跳頻率參數(shù)。但是在機(jī)床裝配好后,該值可能發(fā)生變化,般要下降,特別是在做帶負(fù)載運(yùn)動時。所以,該設(shè)定參數(shù)是在參考電機(jī)出廠參數(shù)后,再實(shí)際測量決定。
5.AB電機(jī)彎道加速度:用以描述多個進(jìn)給軸聯(lián)動時的加減速能力,單位是毫米/秒平方。它決定了機(jī)床在做圓弧運(yùn)動時的zui高速度。這個值越大,機(jī)床在做圓弧運(yùn)動時的zui大允許速度越大。通常,對于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)組成的機(jī)床,該值在400~1000之間,對于伺服電機(jī)系統(tǒng),可以設(shè)置在1000 ~ 5000之間。如果是重型機(jī)床,該值要小些。在設(shè)置過程中,開始設(shè)置小點(diǎn),運(yùn)行段時間,重復(fù)做各種典型聯(lián)動運(yùn)動,注意觀察,如果沒有異常情況,然后逐步增加。如果發(fā)現(xiàn)異常情況,則降低該值,并留50%~100%的保險余量。通常考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動能力、機(jī)械裝配的摩擦、機(jī)械部件的承受能力,可以在廠商參數(shù)中修改各個軸的zui大速度,對機(jī)床用戶實(shí)際使用時的三個軸zui大速度予以限制。