600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Как мне определить, какое передаточное число мне нужно для моей сервосистемы?

Преобразователи частоты

Отношение нагрузки к инерции двигателя является критическим параметром при выборе размера и производительности серводвигателя. Как мы обсуждали в предыдущая статья Одним из наиболее существенных эффектов использования коробки передач в сервосистеме является ее способность оптимизировать коэффициент инерции.

Если инерция двигателя слишком мала по отношению к инерции нагрузки, нагрузка, по существу, попытается “управлять” двигателем, вызывая превышение скорости и резонанс. Чтобы эффективно управлять нагрузкой, двигателю потребуется потреблять больший ток, чем это необходимо, что снижает КПД и увеличивает эксплуатационные расходы.

С другой стороны, если инерция двигателя слишком велика по отношению к инерции нагрузки, двигатель имеет большие размеры, а это означает, что он был более дорогостоящим, чем необходимо, и потребляет больше энергии, чем необходимо для применения.

Идеальное соотношение инерции 1:1 часто непрактично и во многих случаях недостижимо. И большинство приложений хорошо работают с коэффициентом инерции 5:1, 10:1 или даже 100:1 или выше в некоторых случаях. “Наилучший” коэффициент инерции зависит от множества факторов, специфичных для конкретного применения, включая динамику системы (ускорение и замедление), требуемую точность позиционирования, а также допустимую величину превышения и время установления.

Эмпирическое правило соответствия инерции, рекомендуемое большинством руководств по калибровке сервоприводов, составляет 10: 1 или меньше. Но на самом деле “наилучшее” соотношение инерции специфично для каждого приложения и может быть ниже 10:1 для приложений с высокой динамикой и требованиями к высокой точности или намного выше 10:1 для приложений с высоким разрешением обратной связи и быстрым временем отклика, что позволяет быстро исправлять ошибки и избегать нестабильности.

Коэффициент инерции — это просто инерция нагрузки, деленная на инерцию двигателя.

gear ratio

JL = инерция нагрузки, передаваемой на двигатель

JM = инерция двигателя

Инерция двигателя определяется производителем двигателя, а инерция нагрузки включает в себя все компоненты, которые двигатель должен перемещать: систему привода ремня и шкива или винта, присоединенный груз и муфту.

gear ratio

JD = инерция привода (винта, ремня и шкива или исполнительного механизма)

JE = инерция внешней (перемещаемой) массы

JC = инерция сцепления

При добавлении коробки передач инерция груза уменьшается на квадрат передаточного числа:

gear ratio

i = передаточное число

gear ratioОбратите внимание, что инерция коробки передач добавляется к инерции нагрузки, так какпоказано справа.

Однако инерция коробки передач обычно вносит лишь небольшой вклад в общую инерцию нагрузки. И мы еще не выбрали коробку передач, поэтому в этом упражнении мы не учитываем инерцию коробки передач.

Если желаемое передаточное число инерции известно, необходимое передаточное число можно найти, изменив уравнение передаточного числа инерции, используя уменьшенную инерцию нагрузки (JL2), чтобы получить:

gear ratio

Например, если задан желаемый коэффициент инерции, Jсоотношение, равно 5:1, при инерции двигателя, ДжM, массой 0,1 кгсм2, и инерция груза, ДжL, весом 20 кгсм2, требуемое передаточное отношение равно:

gear ratio

Таким образом, мы должны выбрать коробку передач с понижением 6:1 или аналогичную, чтобы достичь соотношения инерции 5:1 между нагрузкой и двигателем.

Ключом к оптимизации производительности сервосистемы является подбор правильной комбинации компонентов (двигатель, сервоусилитель, механический приводной механизм, обратная связь) и рабочих параметров (коэффициент инерции, значения усиления и настройки, профиль перемещения), которая обеспечивает желаемую производительность с максимально возможной эффективностью. И самый эффективный комбинация включает в себя двигатель с наименьшей инерцией, который может обеспечить максимальное ускорение, не вызывая нестабильности системы, слишком большого превышения скорости или несоответствия требованиям к точности.