伺服电动机系统稳定性的判断和改善

  对伺服电动机驱动的机械系统而言，影响系统稳定性的因素除了机械负载的大小以外，还有负载惯量比这一因素。

  三菱 MR-J4 系列的伺服电动机要求负载惯量比小于10。印刷机系统能够满足这一指标吗?由于印刷机传动系统复杂，机械制造厂家本身未计算每一轴的机械系统负载惯量，而是比照经验来选取伺服电动机。既然第5轴在大负载的情况下能够稳定运行，为何第1轴不能够稳定运行?而且第1轴一直出现速度波动的现象，所以一定是有固定因素在起作用。

  机械减速比的影响

  再一次检查机械电气配置及参数时，发现第1轴的减速比为2.4，而其余各轴的减速比为6，显然这是问题的根源。由于减速比对负载转矩及惯量比影响极大，特别对于负载惯量是成二次方反比的关系。以下详述减速比的影响。

  惯量比的计算，假设负载惯量为J，负载惯量折算到电动机轴的惯量为J，减速比为 n，则

  JL= JoX(1/n)2 (25-1)

  因此，假设5轴和1轴的负载惯量J。相同，由于减速比不同，则J，折算到电动机轴的

  负载惯量：

  对5轴，JL5=JoX(1/n)2=(1/36)Jo=0.0278Jo (25-2)

  对1轴，JL1=JoX(1/n)²=JoX(1/2.4)²=JoX(1/5.76) =0.17Jo (25-3)

  比较式(25-2)与式(25-3)。

  1轴的负载惯量是5轴负载惯量的6.1倍或5轴的负载惯量是1轴负载惯量的16.4%。所以1轴有偏心负载和间歇性负载的共同作用，负载不大而负载形式恶劣，间歇性负载也是引起波动的原因之一。但关键是减速比的影响，实际负载折算到电动机轴的负载惯量较大。所以5轴电动机实际上的负载惯量小，而1轴电动机实际上的负载惯量大。由于三菱伺服电动机要求转动惯量比小于10。超出该指标后系统不稳定，这就是造成1轴速度不稳的原因。

  改变机械系统减速比提高系统的稳定性

  为了消除速度波动，对机电系统做了如下改善：

  1) 将1轴齿轮箱减速比改为5;

  2) 更换1 轴伺服电动机为HA-LP15K24，电动机功率为15kW，额定转速为2000r/min。

  在以上的机电配合下，原转动惯量为0.17Jo，改换减速比后的转动惯量为0.04Jo，转动惯量下降为76%，这样就大大改善了电动机的负载状况。而1500r/min 电动机的转动惯量为295，2000r/min 电动机的转动惯量为220。

  假设

  当前惯量比=0.17Jo/(295x0.0001)=5.76Jo;

  更换后的惯量比=0.04Jo/(220x0.0001)=1.82Jo;

  更换后的惯量比仅仅为原来的 31.5%。

  选择额定速度为 2000r/min 的电动机是为了提高整机的运行速度。经过机电部分的同时改善，整机系统的稳定性得到大大提高，消除了第1轴的速度波动，保证了包装机的同步运行精度。

  小结

  采用三菱 Q173 运动控制器通过虚模式可以构成高精度多轴同步运行系统。在进行伺服系统调试时，要充分注意检查机电配合，判断机电系统的稳定性。然后，通过调整伺服系统的参数可以使伺服系统在最佳状态下运行。