Когда мы думаем о жесткости, мы часто думаем о механической жесткости — способности детали или системы сопротивляться прогибу. Но в системах движения с сервоприводом жесткость может также относиться к тому, как настроена система, то есть как устанавливаются коэффициенты усиления в сервоконтроллере и, соответственно, как двигатель реагирует на внешние возмущения.

Системы, которые являются механически жесткийустойчивы к деформации при воздействии нагрузок. Другими словами, они могут выдерживать высокие усилия или изгибающие моменты без изменения своей формы или положения. (Обратите внимание, что противоположностью механической жесткости является соответствие.) Механическая жесткость детали зависит как от ее модуля упругости, так и от ее плоского момента инерции, который определяется размером и формой объекта.

В системах перемещения, таких как автоматика или сборочное оборудование, наиболее значительное влияние на механическую жесткость оказывают точки соединения между двигателем и нагрузкой, включая коробки передач, приводные механизмы (ремень и шкив, винт и т.д.) и муфты. Это одна из причин использования прямых приводов (линейные двигатели и моментные двигатели) обладают высокой жесткостью — поскольку нагрузка подключается непосредственно к двигателю, что исключает какие-либо промежуточные компоненты передачи мощности.

Теоретически, система движения не может быть слишком жесткой механически. Система с низкой податливостью и высокой жесткостью передает мощность более эффективно и с лучшей отзывчивостью, чем система с низкой жесткостью. Но в реальных приложениях механическая жесткость должна быть сбалансирована с затуханиеэлементы, позволяющие избежать передачи ударных нагрузок и вибраций по всей системе.

При настройке сервосистемы жесткость — часто называемая “жесткостью сервопривода” или “жесткостью управления” — относится к способности системы отвергать или преодолевать внешние помехи Это могут быть помехи, которые возникают в статическом состоянии, когда ось удерживает определенное положение или скорость, или в динамическом состоянии, когда ось следует траектории положения или скорости.

Жесткость сервопривода определяется коэффициентом усиления в контуре управления. В системах управления движением наибольшее влияние на жесткость сервопривода оказывает пропорциональное усиление контура позиционирования. Напомним, что значениепропорциональный выигрышпрямо пропорциональна исправляемой ошибке и определяет величину восстанавливающего усилия, которое будет генерировать двигатель для противодействия помехам.

Ось с пропорциональным усилением, установленная слишком низко, не может преодолеть помехи (в системе это иногда называют “мягкостью”), но если пропорциональное усиление слишком велико, система будет иметь тенденцию к превышению и колебаниям вокруг цели, вызывая нестабильность.

Если включен контур управления скоростью, то интегральный коэффициент усиления контура скорости (K_i) также влияет на жесткость сервопривода.

Взаимосвязь между механический жесткость и сервопривод жесткость — это резонанс Системы, которые являются механически жесткими, как правило, имеют высокую резонансную частоту по сравнению с частотой (полосой пропускания), на которой работает сервосистема. Таким образом, механические системы с высокой жесткостью могут извлечь выгоду из жесткой настройки сервопривода (высокий коэффициент усиления) — с хорошим откликом, низкими колебаниями и быстрым временем настройки.

С другой стороны, податливые механические системы (с низкой жесткостью) работают на более низкой резонансной частоте. Если механически совместимая система работает с высоким коэффициентом усиления сервопривода (высокая полоса пропускания), полоса пропускания сервопривода может приблизиться к частоте механического резонанса или перекрыть ее, что приведет к нестабильности системы.