時(shí)間:2011-10-24 16:41:02來源:caijuan
摘要:根據(jù)伺服系統(tǒng)的性能和特點(diǎn),提出了伺服分析的主要方法與檢測手段。專門為伺服系統(tǒng)量身定制了伺服分析與檢測平臺,為伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的集成檢測和特性分析提供了一種全新的解決方案和一套性能優(yōu)良、功能齊全、操作簡單、使用方便的試驗(yàn)設(shè)備。
伺服分析不是測電機(jī)
目前伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)廠家和系統(tǒng)集成商均缺少對伺服系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試和帶載特性分析的試驗(yàn)設(shè)備。普遍根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試,模擬加載平臺主要是數(shù)控機(jī)床或傳統(tǒng)的電機(jī)測試設(shè)備。這種調(diào)試盲目性大,調(diào)試周期長,很難保證伺服系統(tǒng)的參數(shù)整定到最佳狀態(tài)。
在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行模擬試驗(yàn)是不得已的辦法,而傳統(tǒng)的電機(jī)測試設(shè)備主要是用于電機(jī)的參數(shù)測試和產(chǎn)品檢驗(yàn),這些設(shè)備在功能設(shè)計(jì)、技術(shù)性能以及測試軟件等方面都是根據(jù)電機(jī)測試的技術(shù)規(guī)范而不是電機(jī)與控制系統(tǒng)的集成檢測而設(shè)計(jì)的。簡單的電機(jī)測試,固定的加載模式以及有限數(shù)量的采集數(shù)據(jù),對全面分析伺服系統(tǒng)的特性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
什么是伺服分析?
測試是分析的基礎(chǔ),分析又是調(diào)試的基礎(chǔ)。想要實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的準(zhǔn)確調(diào)試,必須分析伺服系統(tǒng)的各項(xiàng)特性,包括靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及瞬態(tài)特性。而要進(jìn)行全面的伺服特性分析,首先要對伺服系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試。因此,伺服特性分析以及調(diào)試技術(shù)的研究,就是尋找對伺服系統(tǒng)進(jìn)行性能測試和分析的方法以及實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試伺服系統(tǒng)的技術(shù)。
伺服分析是伺服系統(tǒng)特性分析的簡稱,是伺服電機(jī)與伺服控制器的集成測試。在特別設(shè)計(jì)的伺服試驗(yàn)與檢測平臺上,對伺服電機(jī)進(jìn)行各種加載試驗(yàn),包括靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、瞬態(tài)試驗(yàn)、周期循環(huán)試驗(yàn)以及堵轉(zhuǎn)、反拖等極限試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中,具有高速數(shù)據(jù)采集能力的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測伺服電機(jī)的機(jī)電參數(shù),包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率和效率等。根據(jù)實(shí)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)表和波形圖來進(jìn)行詳細(xì)的伺服分析,特別是控制器內(nèi)部參數(shù)對伺服系統(tǒng)特性的影響。
伺服分析與電機(jī)測試對比如下。從中我們可以看到,無論是試驗(yàn)項(xiàng)目、測試參數(shù)、數(shù)據(jù)采集以及測試軟件,兩者都有很大的差異。此外,對于航空、航天和兵器裝備中的伺服系統(tǒng),還設(shè)計(jì)有很多特殊的試驗(yàn)項(xiàng)目,以滿足其特殊的軍事應(yīng)用。
主要內(nèi)容 |
伺服分析 |
電機(jī)測試 |
設(shè)備用途 |
產(chǎn)品研發(fā) |
產(chǎn)品檢驗(yàn) |
應(yīng)用場合 |
實(shí)驗(yàn)室和研發(fā)中心 |
生產(chǎn)線和質(zhì)檢站 |
主要功能 |
伺服電機(jī)-控制器集成評測 |
產(chǎn)品合格/不合格檢驗(yàn) |
試驗(yàn)方法 |
多種方式的加載試驗(yàn) |
執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范 |
試驗(yàn)結(jié)果 |
實(shí)時(shí)波形圖和數(shù)據(jù)表 |
電機(jī)測試報(bào)告 |
測控系統(tǒng)
測控設(shè)備
產(chǎn)品規(guī)格 |
CMTS1502 |
CMTS 2004 |
加載電機(jī) |
GM7 交流伺服變頻主軸電機(jī) |
GM7 交流伺服變頻主軸電機(jī) |
額定功率 |
15 kW |
20 kW |
額定轉(zhuǎn)矩 |
50 Nm |
100 Nm |
額定轉(zhuǎn)速 |
2000 rpm |
2000 rpm |
最高轉(zhuǎn)速 |
6000 / 8000 rpm |
6000 / 8000 rpm |
扭矩傳感器 |
德國 ETH 隔離式,測量誤差小于0.5%,動(dòng)態(tài)響應(yīng)2 ms |
|
測試軟件 |
CMTS 8.0 電機(jī)測試軟件,用于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析處理,NI虛擬儀器 |
|
控制軟件 |
STP 轉(zhuǎn)矩精確閉環(huán)控制策略,高標(biāo)公司獨(dú)創(chuàng) |
|
控制儀器 |
D8001 高速可編程交流測功機(jī)控制器,高標(biāo)公司新產(chǎn)品 |
|
加載方式 |
ABB 變頻控制,電阻能耗吸收型 |
|
技術(shù)指標(biāo) |
轉(zhuǎn)矩控制精度:± 0.5 Nm |
|
轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間:≤ 5 ms |
||
轉(zhuǎn)速控制精度0.01% |
試驗(yàn)臺架
為適應(yīng)多規(guī)格品種的電機(jī)安裝,特別設(shè)計(jì)了機(jī)電一體化的試驗(yàn)臺架。其主要特點(diǎn)是:
扭矩傳感器通過安裝底座連接加載電機(jī)和被測電機(jī),確保運(yùn)行的穩(wěn)定性和同心度。
被測電機(jī)安裝在可升降臺板上,并可使用 X-Y 調(diào)節(jié)板進(jìn)行水平調(diào)節(jié)。
變頻器安裝在試驗(yàn)臺箱體內(nèi),實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)平臺的機(jī)電一體化,提高可靠性。
高強(qiáng)度鋁型材機(jī)架,結(jié)構(gòu)緊湊,使用方便,美觀大方。
分析實(shí)例
以下是對一個(gè)交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行的啟動(dòng)加載試驗(yàn)的伺服分析實(shí)例。從測試曲線中我們可以非常直觀的看到在啟動(dòng)、加載的瞬間和動(dòng)態(tài)區(qū)域內(nèi),伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化過程。
因此,只有通過伺服分析,才能明明白白的知道我們自己產(chǎn)品到底如何?與其它公司產(chǎn)品比較有什么差異?而差異又在什么地方?
德國KEB交流伺服系統(tǒng),電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩3.2 Nm,額定轉(zhuǎn)速 3,000 rpm。
該伺服系統(tǒng)啟動(dòng)特性測試曲線如圖所示,試驗(yàn)轉(zhuǎn)速500 rpm,加載轉(zhuǎn)矩5 Nm。
有了伺服特性曲線,我們可以從不同的角度來分析伺服系統(tǒng)的特性。
對此伺服系統(tǒng),我們的分析如下:
電機(jī)從零轉(zhuǎn)速到500 rpm的啟動(dòng)時(shí)間為1.5 秒。轉(zhuǎn)速上升非常平滑,無過沖。
電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的上升也非常迅速和平滑,時(shí)間約1秒鐘。
請?zhí)貏e注意,當(dāng)轉(zhuǎn)速快接近設(shè)定值 500 rpm 時(shí),轉(zhuǎn)矩上升出現(xiàn)了拐點(diǎn)(3.5 Nm和3秒點(diǎn))。我們認(rèn)為這是為了保證轉(zhuǎn)速上升的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,采取了特別控制的策略。由此可見,KEB伺服控制器的控制策略有獨(dú)到之處,這一點(diǎn)值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。
提示:帶載啟動(dòng)是一種特殊的交流測功機(jī)之加載方式,高標(biāo)公司獨(dú)創(chuàng)。它要求加載電機(jī)與原動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng),即在原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的瞬間同步產(chǎn)生加載轉(zhuǎn)矩并保持恒定。
結(jié)束語
根據(jù)伺服系統(tǒng)的性能和特點(diǎn),提出了伺服分析的主要方法與檢測手段。專門為伺服系統(tǒng)量身定制了伺服分析與檢測平臺,并對交流測功機(jī)、測功機(jī)控制器和扭矩傳感器等主要測控設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,為伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的集成檢測和特性分析提供了一種全新的解決方案和一套性能優(yōu)良、功能齊全、操作簡單、使用方便的試驗(yàn)設(shè)備。
到目前為止,重慶高標(biāo)公司設(shè)計(jì)和制造的測試系統(tǒng)已交付兵器部五八所、武漢華中數(shù)控、中船重工武漢七一二研究所、北京航天部二院等多家單位。使用結(jié)果表明,該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、操作簡單、使用方便,為客戶的產(chǎn)品研發(fā)發(fā)揮了重要的作用。
作者簡介
李茂森,重慶市高標(biāo)科技有限公司總工程師,Email:amir-li@stp-dyno.com
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