Sebagai komponen teras automasi industri moden, prestasi sistem servo secara langsung memberi kesan kepada ketepatan gerakan peralatan dan tindak balas dinamik. Semasa pentauliahan servo, nisbah kekakuan dan inersia adalah dua parameter kritikal yang bersama-sama menentukan kestabilan sistem dan kelajuan tindak balas. Artikel ini akan menyelidiki konsep kekakuan servo dan nisbah inersia, kaedah pentauliahannya dan pertimbangan praktikal dalam-aplikasi dunia sebenar.
I. Konsep dan Penyahpepijatan Kekakuan Servo
Kekakuan servo mencerminkan keupayaan sistem untuk menahan gangguan luaran, biasanya ditunjukkan sebagai kesan gabungan perolehan gelung kedudukan (PG) dan keuntungan gelung halaju (VG). Sistem kekakuan tinggi-bertindak balas dengan pantas kepada arahan dan menentang gangguan luaran, tetapi kekakuan yang berlebihan boleh menyebabkan getaran mekanikal; sistem kekakuan-rendah menawarkan kestabilan tetapi mempamerkan tindak balas dinamik yang lebih perlahan.
Kaedah Penyahpepijatan:
1. Pelarasan Keuntungan Gelung Kedudukan (PG).
PG menentukan keupayaan sistem untuk membetulkan sisihan kedudukan. Meningkatkan PG meningkatkan ketegaran tetapi memerlukan berhati-hati untuk mengelakkan overshoot. "Kaedah tambahan" disyorkan: Mulakan dari nilai yang lebih rendah dan meningkat secara beransur-ansur sambil memantau getaran peralatan. Setelah ayunan sedikit muncul, kurangkan keuntungan sebanyak 5%-10%.
2. Pengoptimuman Keuntungan Gelung Kelajuan (VG).
VG mempengaruhi kelajuan tindak balas gelung kelajuan. Semasa nyahpepijat, betulkan PG dan tingkatkan VG secara berperingkat sehingga ralat penjejakan arahan kelajuan diminimumkan. Dalam senario biasa, nisbah VG-kepada-PG ialah lebih kurang 1:3 (cth, apabila PG=30, VG≈10).
3. Teknologi Pampasan Feedforward
Untuk aplikasi-kelajuan tinggi,-tinggi, dayakan suapan halaju dan suapan pecutan. Tetapkan halaju suapan hadapan kepada 80%-95% dan suapan pecutan ke hadapan kepada 60%-80%. Ini dengan ketara mengurangkan ralat penjejakan tanpa meningkatkan risiko getaran.
Kajian Kes:
Alat mesin CNC mempamerkan ralat kontur semasa pemesinan arka. Dengan meningkatkan PG daripada 25 kepada 35, melaraskan VG daripada 8 kepada 12, dan mendayakan 85% halaju ke hadapan, ketepatan kontur bertambah baik sebanyak 42%. Ambil perhatian bahawa struktur mekanikal yang berbeza (cth, pemacu terus vs. penghantaran skru plumbum) mempamerkan variasi ketara dalam kepekaan terhadap parameter kekakuan.
II. Pengiraan dan Padanan Nisbah Inersia
Nisbah inersia ditakrifkan sebagai nisbah inersia beban kepada inersia rotor motor (JL/JM), secara langsung mempengaruhi prestasi pecutan dan kestabilan sistem. Pengalaman tradisional mencadangkan mengehadkan nisbah inersia kepada dalam 10:1, tetapi teknologi servo moden kini menyokong nisbah yang lebih tinggi (sehingga 50:1 dalam aplikasi tertentu).
Kaedah Pengiraan:
1. Pengukuran Inersia Beban
● Diperolehi melalui fungsi pengenalan diri-motor (cth, Yaskawa Σ-7 siri "Talaan Satu Sentuhan").
● Pengiraan formula: Untuk beban berputar, JL=0.5mr²; beban gerakan linear memerlukan penukaran kepada inersia aci motor (JL=m × (v/ω)²).
2. Strategi Pengoptimuman:
Apabila nisbah inersia > 15, syorkan:
a) Tingkatkan nisbah gear (meningkatkan hubungan segi empat sama; cth, nisbah gear 12 mengurangkan nisbah inersia setara kepada 1/4)
b) Pilih motor inersia-tinggi
c) Laraskan masa kamiran gelung kelajuan (biasanya meningkat sebanyak 20%-30%)
Pengendalian Senario Khas:
Dalam sistem robotik berbilang-bersama, nisbah inersia setiap paksi berbeza mengikut postur. Untuk robot 6 paksi yang nisbah inersia paksi ke-4 berubah daripada 81 semasa pergerakan, laksanakan:
● Dayakan penapisan suai (cth, Mitsubishi MR-fungsi penindasan getaran J4).
● Konfigurasikan berbilang set parameter keuntungan dan tukar secara automatik melalui PLC.
III. Penalaan Kolaboratif Ketegaran dan Nisbah Inersia
Kedua-dua parameter ini digabungkan, memerlukan pematuhan kepada prinsip penyahpepijatan "inersia dahulu, kemudian kekakuan":
1. Langkah Asas:
● Selepas pemasangan mekanikal, mula-mula ukur nisbah inersia sebenar.
● Parameter gelung kelajuan pratetap berdasarkan julat nisbah (cth, apabila nisbah inersia > 20, VG awal ditetapkan kepada 70% daripada nilai standard).
● Akhir sekali, laraskan keuntungan gelung kedudukan.
2. Teknik Penindasan Getaran:
● Dayakan penapis takuk dalam julat getaran frekuensi tinggi 500-800Hz.
● Untuk -getaran frekuensi rendah (<100Hz), appropriately reduce PG and increase the speed loop integral time.
3. Kaedah Ujian Dinamik:
Gunakan lengkung halaju trapezoid untuk ujian, memerhati ralat penjejakan semasa fasa pecutan yang berbeza:
● Ralat besar semasa pecutan → Naikkan VG atau tambah suapan pecutan ke hadapan.
● Ralat semasa halaju malar → Laraskan PG.
● Overshoot semasa nyahpecutan → Optimumkan pemalar masa nyahpecutan.
IV. Teknik Penalaan Lanjutan dan Aplikasi Industri
1. Teknologi Kawalan Adaptif
Contohnya, kawalan HRV dalam sistem 30iB Fanuc boleh mengenal pasti perubahan beban dalam masa nyata dan melaraskan keuntungan secara automatik. Dalam aplikasi mesin tuangan die, ia mengurangkan turun naik kedudukan sebanyak 60% apabila nisbah inersia turun naik.
2. Dwi-Tertutup-Tatarajah Sistem Gelung
-Mesin pengisar berketepatan tinggi selalunya menggunakan maklum balas dwi (pengekod motor + skala linear). Pertimbangan utama termasuk:
● Ketegaran mekanikal yang tidak mencukupi boleh menyebabkan ayunan dalam maklum balas skala linear.
● Tetapkan resolusi skala linear kepada 5–10 kali ganda daripada pengekod motor.
3. Rujukan Parameter Industri:
| Aplikasi Industri | Nisbah Inersia Biasa | Penilaian PG | Penilaian VG |
| Mesin Penempatan SMT | 3-8 | 40-60 | 15-25 |
| Plat mesin pengacuan suntikan | 15-30 | 20-35 | 8-15 |
| Alat mesin gantri | 5-12 | 30-45 | 10-20 |
V. Penyelesaian kepada Isu Lazim
1. Isu Getaran Frekuensi-Rendah
Mesin pembungkusan mempamerkan getaran berterusan pada jalur frekuensi 5Hz. Selesai melalui langkah-langkah berikut:
● Sahkan kelegaan penghantaran mekanikal<0.05mm.
● Kurangkan VG daripada 12 kepada 9 dan laraskan PG daripada 35 kepada 28.
● Tingkatkan masa integral gelung kelajuan daripada 100ms kepada 150ms.
2. Ralat Pengecaman Inersia
Apabila menggunakan-kotak gear pihak ketiga, nisbah inersia yang diukur mungkin menyimpang sehingga 30% daripada nilai teori. Cadangan:
● Ambil berbilang ukuran pada beberapa kedudukan biasa dan hitung purata.
● Ambil kira perubahan inersia setara yang disebabkan oleh tindak balas kotak gear.
3. Senario Perubahan Mengejut Ketegaran
Untuk senario seperti mesin pengecap yang mengalami peningkatan ketegaran mendadak apabila menghubungi bahan kerja, langkah balas termasuk:
● Konfigurasikan dua set parameter dan tukar antara mereka melalui isyarat IO.
● Gunakan penderia tekanan untuk mencetuskan pensuisan perolehan (penangguhan pensuisan mestilah<10ms).
Dengan kemajuan pembuatan pintar, penalaan servo beralih daripada pendekatan-berasaskan pengalaman kepada-data. Jurutera dinasihatkan untuk mewujudkan pangkalan data parameter yang mendokumentasikan kombinasi parameter optimum di bawah pelbagai keadaan operasi, dilengkapi dengan alat analisis spektrum getaran untuk penalaan yang tepat. Pada masa hadapan, penalaan ramalan yang disepadukan dengan teknologi berkembar digital akan muncul sebagai hala tuju pembangunan baharu.