Servomotor

Servomotor

Tre kontrolllägen för servomotorer:

• Hastighetskontrollläge
• Momentkontrollläge
• Positionskontrollläge

När det gäller svarshastigheten för servodrivningar, involverar vridmomentläget den minsta beräkningsbelastningen, vilket möjliggör den snabbaste responsen på styrsignaler. Positionsläget kräver mest beräkning, vilket resulterar i det långsammaste svaret på styrsignaler.

När du kräver hög dynamisk prestanda under rörelse krävs-motorjusteringar i realtid. Om själva styrenheten har låg bearbetningshastighet (t.ex. PLC eller low-rörelsestyrenheter), använd positionskontrollläge. Om styrenheten har hög bearbetningshastighet kan hastighetsläget användas. Detta förskjuter positionsslingan från frekvensomriktaren till regulatorn, vilket minskar frekvensomriktarens arbetsbelastning och förbättrar effektiviteten (t.ex. de flesta-till{10}}höga-rörelsekontroller). Om en överlägsen styrenhet på-nivå är tillgänglig kan vridmomentläget också användas, vilket också flyttar hastighetsslingan bort från enheten. Detta är vanligtvis bara möjligt med{15}}avancerade specialiserade styrenheter, och i sådana fall krävs inte servomotorer alls.

Vridmomentkontrollläge

Momentstyrningsläge ställer in motoraxelns utgående vridmomentstorlek via extern analog ingång eller direkt adresstilldelning. Om t.ex. 10V motsvarar 5Nm, resulterar inställning av den externa analoga ingången till 5V i en motoraxeleffekt på 2,5Nm: - Om motoraxelbelastningen är mindre än 2,5Nm, roterar motorn framåt. - När den externa belastningen är lika med 2,5Nm, slutar motorn att rotera 2,5Nm, slutar motorn att rotera 2.{9}}. baklänges (Förekommer vanligtvis under tyngdkraftsladda{11}}förhållanden). Vridmomentets storlek kan justeras genom att omedelbart ändra den analoga ingångsinställningen eller genom att ändra motsvarande adressvärde via kommunikationsprotokoll.

Denna applikation används främst i lindnings- och avlindningsanordningar med strikta krav på materialkraft, såsom trådlindningsutrustning eller fiberoptiska dragmaskiner. Momentinställningarna måste justeras dynamiskt baserat på förändringar i lindningsradien för att säkerställa att materialkraften förblir konstant oavsett radievariation.

Positionskontrollläge

Positionskontroll bestämmer vanligtvis rotationshastigheten via frekvensen av externt inmatade pulser och beräknar rotationsvinkeln baserat på pulsräkning. Vissa servon stöder även direkt hastighet och förskjutningstilldelning via kommunikationsprotokoll. På grund av dess exakta kontroll över både hastighet och position, används detta läge ofta i positioneringssystem.

Tillämpningar inkluderar CNC-verktygsmaskiner, tryckmaskiner etc.

Hastighetskontrollläge

Rotationshastigheten kan styras via analog ingång eller pulsfrekvens. När den är integrerad med en övre-styrenhets yttre-slinga PID-kontroll, kan hastighetsläget också utföra positionering. Detta kräver dock att motorns positionssignal eller direktlastens positionssignal återkopplas till den övre-nivåstyrenheten för beräkning. Positionsläget stöder även detektering av ändlägessignal för direkt last-. I detta fall övervakar givaren vid motoraxelns ände endast motorhastigheten, medan positionssignalen tillhandahålls av en detekteringsanordning direkt vid den slutliga laständen. Detta tillvägagångssätt reducerar fel som introduceras av mellanliggande transmissionsmekanismer, vilket förbättrar systemets totala positioneringsnoggrannhet.

Arbetsprincip för linjärmotorer

En linjär motor är en drivenhet som direkt omvandlar elektrisk energi till linjär mekanisk rörelse genom att veckla ut ett stängt magnetfält till ett öppet, vilket eliminerar behovet av mellanliggande omvandlingsmekanismer.

Strukturera

Strukturen hos en linjärmotor kan visualiseras genom att radiellt sektionera en roterande motor [se fig. 3] och vika ut dess omkrets till en rak linje. Statorn motsvarar linjärmotorns primärlindning, medan rotorn motsvarar sekundärlindningen. När ström flyter genom primärlindningen genereras ett magnetiskt rörelsevågsfält i luftgapet mellan primär- och sekundärlindningen. Detta magnetiska fält för vandringsvåg samverkar med permanentmagneterna i sekundärlindningen för att producera drivkraft och därigenom uppnå linjär rörelse av de rörliga komponenterna. Under de senaste åren har flera utvecklade länder börjat tillämpa linjärmotorteknik på linjära rörelsedrivsystem för CNC-verktygsmaskiner, och ersätter det traditionella servomotorn + kulskruvsdrivsystemet, vilket har uppnått enorm framgång.

Fig. 3 Radiellt-tvärsnitt av en roterande motor

Jämförelse mellan linjärmotorer och traditionella roterande motorer + kulskruvsystem

I verktygsmaskiner ligger den primära skillnaden mellan direktdrift med linjärmotorer och konventionell roterande motortransmission i att eliminera mekaniska transmissionskomponenter mellan motorn och arbetsbordet (sadeln). Detta minskar längden på verktygsmaskinens överföringskedja till noll, varför denna överföringsmetod också kallas "nollöverföring". Detta tillvägagångssätt med "noll transmission" ger prestandamått och fördelar som är ouppnåeliga med konventionella roterande motordrivningar.

1. Hög-svarshastighet

Genom att eliminera mekaniska transmissionskomponenter med betydande svarstidskonstanter (som kulskruvar) förbättras den övergripande dynamiska responsprestandan hos det slutna-slingstyrsystemet avsevärt, vilket möjliggör exceptionellt snabba och känsliga reaktioner.

2. Precision

Det linjära drivsystemet eliminerar transmissionsspel och fel orsakade av mekaniska komponenter som blyskruvar, vilket minskar spårningsfel under interpolationsrörelser som är ett resultat av transmissionssystemets fördröjning. Genom linjär återkopplingskontroll för positionsdetektering kan positioneringsnoggrannheten för verktygsmaskiner förbättras avsevärt.

3. Hög dynamisk styvhet

Tillvägagångssättet "direktdrivning" eliminerar rörelsefördröjning orsakad av elastisk deformation, friktionsslitage och glapp i mellanliggande transmissionslänkar under start, hastighetsändringar och riktningsväxlingar. Detta ökar också transmissionens styvhet.

4. Höghastighets- och korta accelerations-/retardationscykler

Ursprungligen utvecklade för magnetiska levitationståg (når hastigheter upp till 500 km/h), linjärmotorer klarar utan ansträngning de ultra-höga matningshastigheterna (60–100 m/min eller högre) som krävs av hög-bearbetning. Deras design med "noll transmission" ger exceptionell lyhördhet i hög-hastighet, vilket drastiskt förkortar accelerations- och retardationscykler. Detta möjliggör omedelbar hög-start och exakt, omedelbart stopp under hög-drift. Höga accelerations-/retardationshastigheter kan uppnås, som vanligtvis når 2–10 g (g=9.8m/s²), medan skruvdrivna rullar i allmänhet bara uppnår en maximal acceleration på 0,1–0,5 g.

5. Obegränsad slaglängd

Genom att seriekoppla linjärmotorer längs styrskenan kan slaglängden förlängas obegränsat.

6. Tyst drift med lågt brus

Genom att eliminera mekanisk friktion från komponenter som transmissionsskruvar och använda rullstyrningar eller magnetiska levitationsstyrningar (ingen mekanisk kontakt), reduceras driftsbuller avsevärt.

7. Hög effektivitet

Frånvaron av mellanliggande transmissionselement eliminerar energiförlust från mekanisk friktion, vilket väsentligt förbättrar transmissionens effektivitet.

En jämförelse mellan linjärmotorer och traditionella roterande motorer visas i Tabell 1-1:

Jämförelse mellan linjärmotorer och konventionella roterande motorer