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。

測控系統(tǒng)

測控設(shè)備

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