Tieša piedziņa pret orientētu rotācijas servomotoru: Dizaina priekšrocību kvantitatīva noteikšana: 1. daļa

Mācīšanās mērķi

• Reālās pasaules rotācijas servo sistēmas tehnisko ierobežojumu dēļ neatbilst ideālai veiktspējai.
• Vairāki rotācijas servomotoru veidi var sniegt priekšrocības lietotājiem, taču katram ir īpašs izaicinājums vai ierobežojums.
• Tiešie piedziņas rotācijas servomotori piedāvā vislabāko sniegumu, taču tie ir dārgāki nekā pārnesumkārbas.

Gadu desmitiem ilgi servomotori ir bijuši viens no visizplatītākajiem instrumentiem rūpniecības automatizācijas rīku komplektā. Vērti sevromotori piedāvā pozicionēšanu, ātruma saskaņošanu, elektronisku spēļu klāstu, tinumu, spriegošanu, pievelkot lietojumprogrammas un efektīvi saskaņo servomotora jaudu slodzei. Tas rada jautājumu: vai orientēts servomotors ir labākais risinājums rotācijas kustības tehnoloģijai, vai arī ir labāks risinājums?

Perfektā pasaulē rotācijas servo sistēmai būtu griezes momenta un ātruma reitings, kas atbilst lietojumam, tāpēc motors nav ne lieluma, ne mazāks par izmēru. Motora, transmisijas elementu un slodzes kombinācijai jābūt bezgalīgai vērpes stīvumam un nullei. Diemžēl reālās pasaules rotācijas servo sistēmas dažādas pakāpes ir neatbilstošas.

Tipiskā servo sistēmā pretreakcija tiek definēta kā kustības zudums starp motoru un slodzi, ko izraisa transmisijas elementu mehāniskās pielaides; Tas ietver jebkādu kustību zudumu visos pārnesumkārbās, jostās, ķēdēs un savienojumos. Kad mašīna sākotnēji tiek darbināta, slodze peldēs kaut kur mehānisko pielaižu vidū (1.A attēls).

Pirms pašas slodzes var pārvietot ar motoru, motoram ir jānotiek pagriezties, lai uzņemtu visu slack, kas pastāv pārraides elementos (1.B attēls). Kad motors sāk palēnināties kustības galā, slodzes pozīcija faktiski var apdzīt motora stāvokli, jo impulss slodzi nes ārpus motora stāvokļa.

Motoram atkal ir jāuzņemas atslābums pretējā virzienā, pirms tiek uzlikts griezes moments slodzei, lai to palēninātu (1.C attēls). Šo kustības zudumu sauc par pretstatu, un parasti to mēra loka minūtēs, kas ir vienāds ar 1/00 ​​pakāpi. Pārnesumkārbas, kas paredzētas lietošanai ar servo rūpniecisko lietojumprogrammās, bieži ir specifikācijas pret reakciju, sākot no 3 līdz 9 loka minūtēm.

Saspiešanas stīvums ir pretestība motora vārpstas, transmisijas elementu un slodzes sagriešanai, reaģējot uz griezes momenta pielietojumu. Bezgalīgi stīva sistēma pārraidīja griezes momentu uz slodzi bez leņķiskas novirzes ap rotācijas asi; Tomēr pat cieta tērauda vārpsta nedaudz savērpsies zem smagas slodzes. Novirzes lielums mainās atkarībā no uzliktā griezes momenta, transmisijas elementu materiāls un to forma; Intuitīvi, garas, plānas detaļas sagrozīs vairāk nekā īsas, tauku. Šī pretestība pret pagriešanu ir tas, kas liek spolēm darboties, jo, saspiežot atsperu, nedaudz pagriežot katru stieples pagriezienu; Retāk stieple padara stīvāku pavasari. Viss, kas ir mazāks par bezgalīgu vērpes stīvumu, izraisa sistēmas darbību kā atsperi, kas nozīmē, ka potenciālā enerģija tiks saglabāta sistēmā, jo slodze pretojas rotācijai.

Apvienojot kopā, ierobežots vērpes stīvums un reakcija var ievērojami pasliktināt servo sistēmas veiktspēju. Aizmugurējā reakcija var radīt nenoteiktību, jo motora kodētājs norāda motora vārpstas stāvokli, nevis tur, kur pretstatīšana ļāva slodzei nokārtoties. Aizmugurējā reakcija arī ievieš noregulēšanas problēmas kā slodzes pāri un atvieno no motora īsi, kad slodze un motora reversais relatīvais virziens. Papildus negatīvajai reakcijai ierobežotā vērpes stingrība uzkrāj enerģiju, pārveidojot daļu no motora kinētiskās enerģijas un slodzi potenciālajā enerģijā, to vēlāk atbrīvojot. Šī aizkavētā enerģijas izdalīšanās izraisa slodzes svārstības, izraisa rezonansi, samazina maksimālu izmantojamu noregulēšanas ieguvumu un negatīvi ietekmē reakcijas un nostādināšanas laiku servo sistēmā. Visos gadījumos, samazinot reakciju un palielinot sistēmas stingrību, palielinās servo veiktspēju un vienkāršos noregulēšanu.

Rotācijas ass servomotoru konfigurācijas

Visizplatītākā rotācijas ass konfigurācija ir rotējošs servomotors ar iebūvētu kodētāju, lai atgrieztos pozīcijas atgriezeniskā saite un pārnesumkārba, kas atbilst pieejamajam motora griezes momentam un ātrumam ar nepieciešamo slodzes griezes momentu un ātrumu. Pārnesumkārba ir nemainīga barošanas ierīce, kas ir transformatora mehāniskais analogs slodzes saskaņošanai.

Uzlabota aparatūras konfigurācija izmanto tiešu piedziņas rotācijas servomotoru, kas novērš pārraides elementus, tieši savienojot slodzi ar motoru. Kamēr pārnesumkārbas konfigurācija izmanto savienojumu ar salīdzinoši mazu diametra vārpstu, tiešā piedziņas sistēma pieskrūvē slodzi tieši uz daudz lielāku rotora atloku. Šī konfigurācija novērš reakciju un ievērojami palielina vērpes stingrību. Tiešo piedziņas motoru lielāks polu skaits un lielais griezes moments atbilst pārnesumkārbas griezes momenta un ātruma īpašībām ar attiecību 10: 1 vai augstāku.