淺入深析伺服電機使用中的問題

　　伺服系統(tǒng)是機電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，它能提供最高水平的動態(tài)響應(yīng)和扭矩密度，所以拖動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是用交流伺服驅(qū)動取替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓、直流、步進和AC變頻調(diào)速驅(qū)動，以便使系統(tǒng)性能達到一個全新的水平，包括更短的周期、更高的生產(chǎn)率、更好的可靠性和更長的壽命。為了實現(xiàn)伺服電機的更好性能，就必須對伺服電機的一些使用特點有所了解。

　　問題一：噪聲，不穩(wěn)定

　　客戶在一些機械上使用伺服電機時，經(jīng)常會發(fā)生噪聲過大，電機帶動負(fù)載運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象，出現(xiàn)此問題時，許多使用者的第一反應(yīng)就是伺服電機質(zhì)量不好，因為有時換成步進電機或是變頻電機來拖動負(fù)載，噪聲和不穩(wěn)定現(xiàn)象卻反而小很多。表面上看，確實是伺服電機的原故，但我們仔細(xì)分析伺服電機的工作原理后，會發(fā)現(xiàn)這種結(jié)論是完全錯誤的。

　　交流伺服系統(tǒng)包括：伺服驅(qū)動、伺服電機和一個反饋傳感器（一般伺服電機自帶光學(xué)偏碼器）。所有這些部件都在一個控制閉環(huán)系統(tǒng)中運行：驅(qū)動器從外部接收參數(shù)信息，然后將一定電流輸送給電機，通過電機轉(zhuǎn)換成扭矩帶動負(fù)載，負(fù)載根據(jù)它自己的特性進行動作或加減速，傳感器測量負(fù)載的位置，使驅(qū)動裝置對設(shè)定信息值和實際位置值進行比較，然后通過改變電機電流使實際位置值和設(shè)定信息值保持一致，當(dāng)負(fù)載突然變化引起速度變化時，偏碼器獲知這種速度變化后會馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器又通過改變提供給伺服電機的電流值來滿足負(fù)載的變化，并重新返回到設(shè)定的速度。交流伺服系統(tǒng)是一個響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負(fù)載波動和速度較正之間的時間滯后響應(yīng)是非?？斓?，此時，真正限制了系統(tǒng)響應(yīng)效果的是機械連接裝置的傳遞時間。

　　舉一個簡單例子：有一臺機械，是用伺服電機通過V形帶傳動一個恒定速度、大慣性的負(fù)載。整個系統(tǒng)需要獲得恒定的速度和較快的響應(yīng)特性，分析其動作過程。

　　當(dāng)驅(qū)動器將電流送到電機時，電機立即產(chǎn)生扭矩；一開始，由于V形帶會有彈性，負(fù)載不會加速到像電機那樣快；伺服電機會比負(fù)載提前到達設(shè)定的速度，此時裝在電機上的偏碼器會削弱電流，繼而削弱扭矩；隨著V型帶張力的不斷增加會使電機速度變慢，此時驅(qū)動器又會去增加電流，周而復(fù)始。

　　在此例中，系統(tǒng)是振蕩的，電機扭矩是波動的，負(fù)載速度也隨之波動。其結(jié)果當(dāng)然會是噪音、磨損、不穩(wěn)定了。不過，這都不是由伺服電機引起的，這種噪聲和不穩(wěn)定性，是來源于機械傳動裝置，是由于伺服系統(tǒng)反應(yīng)速度（高）與機械傳遞或者反應(yīng)時間（較長）不相匹配而引起的，即伺服電機響應(yīng)快于系統(tǒng)調(diào)整新的扭矩所需的時間。

　　找到了問題根源所在，再來解決當(dāng)然就容易多了，針對以上例子，您可以：

　　增加機械剛性和降低系統(tǒng)的慣性，減少機械傳動部位的響應(yīng)時間，如把V形帶更換成直接絲桿傳動或用齒輪箱代替V型帶；

　　降低伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少伺服系統(tǒng)的控制帶寬，如降低伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)值。

　　當(dāng)然，以上只是噪聲、不穩(wěn)定的原因之一，針對不同的原因，會有不同的解決辦法，如由機械共振引起的噪聲，在伺服方面可采取共振抑制，低通濾波等方法，總之，噪聲和不穩(wěn)定的原因，基本上都不會是由于伺服電機本身所造成。