Aby porozmawiać o sztywności, porozmawiajmy najpierw o sztywności.
Sztywność odnosi się do zdolności materiału lub konstrukcji do opierania się odkształceniom sprężystym pod wpływem siły i jest odzwierciedleniem trudności w odkształceniu sprężystym materiału lub struktury. Sztywność materiału jest zwykle mierzona jego modułem sprężystości E. W makroskopowym zakresie sprężystości sztywność jest współczynnikiem proporcjonalnym proporcjonalnym do obciążenia części i przemieszczenia, to znaczy siły wymaganej do spowodowania przemieszczenia jednostkowego, oraz jego odwrotność nazywana jest elastycznością, to znaczy przemieszczeniem spowodowanym siłą jednostkową. Sztywność można podzielić na sztywność statyczną i sztywność dynamiczną.
Sztywność (k) struktury to odporność elastomeru na odkształcenia i rozciąganie. k=P/δ, gdzie P jest stałą siłą działającą na konstrukcję, a δ jest odkształceniem wywołanym siłą.
Sztywność obrotowa (k) konstrukcji wirującej wynosi: k=M/θ gdzie M to przyłożony moment, a θ to kąt obrotu.
Na przykład wiemy, że rura stalowa jest stosunkowo twarda i ogólnie odkształcona przez siłę zewnętrzną, podczas gdy gumka jest bardziej miękka, a odkształcenie spowodowane tą samą siłą jest stosunkowo duże, wtedy mówimy, że sztywność rury stalowej jest mocny, a sztywność gumki jest słaba lub jej duża elastyczność.
W zastosowaniu serwosilników zastosowanie sprzęgieł do połączenia silnika i obciążenia jest typowym połączeniem sztywnym; natomiast zastosowanie pasów synchronicznych lub pasów do połączenia silnika z obciążeniem jest typowym połączeniem elastycznym.
Sztywność silnika to zdolność wału silnika do opierania się zewnętrznym zakłóceniom momentu obrotowego i możemy regulować sztywność silnika w sterowniku serwo.
Sztywność mechaniczna serwomotoru jest związana z jego szybkością reakcji. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa sztywność, tym większa szybkość reakcji. Jednakże, jeśli jest ustawiony zbyt wysoko, łatwo jest spowodować, że silnik wytworzy rezonans mechaniczny. Dlatego istnieje możliwość ręcznej regulacji ogólnych parametrów serwowzmacniacza. Opcja częstotliwości odpowiedzi musi być dostosowana do punktu rezonansowego maszyny, co wymaga czasu i doświadczenia (w rzeczywistości parametr wzmocnienia jest regulowany).
W trybie pozycjonowania systemu serwo siła jest przykładana do odchylenia silnika. Jeśli siła jest duża, a kąt ugięcia mały, sztywność układu serwo jest uważana za dużą, w przeciwnym razie sztywność układu serwo jest uważana za słabą. Zauważ, że sztywność tutaj jest w rzeczywistości bliższa koncepcji szybkości reakcji. Z punktu widzenia sterownika sztywność jest właściwie parametrem złożonym z pętli prędkości, pętli położenia i stałej całki czasowej, a jej wielkość określa prędkość odpowiedzi maszyny.
W rzeczywistości, jeśli pozycjonowanie nie musi być szybkie, o ile pozycjonowanie jest dokładne, gdy opór nie jest duży, sztywność jest niska i pozycjonowanie może być również dokładne, ale czas pozycjonowania jest długi. Ponieważ pozycjonowanie jest powolne, jeśli sztywność jest niska, wystąpi złudzenie niedokładnego pozycjonowania, gdy wymagana jest szybka reakcja i krótki czas pozycjonowania.
Bezwładność opisuje bezwładność ruchu obiektu, a bezwładność obrotowa jest miarą bezwładności obrotu obiektu wokół osi. Moment bezwładności związany jest tylko z promieniem obrotu i masą obiektu. Ogólnie bezwładność obciążenia przekracza 10-krotnie bezwładność wirnika silnika, a bezwładność można uznać za dużą.
Bezwładność obrotowa szyny prowadzącej i śruby pociągowej ma duży wpływ na sztywność układu napędowego serwomotoru. Przy stałym wzmocnieniu im większa bezwładność obrotowa, tym większa sztywność i tym łatwiej jest wywołać wstrząsy silnika; im mniejsza bezwładność obrotowa, tym mniejsza sztywność i mniejsze prawdopodobieństwo wstrząsów silnika. . Moment bezwładności można zmniejszyć, wymieniając szynę prowadzącą i śrubę pociągową o mniejszej średnicy, aby zmniejszyć bezwładność obciążenia, aby silnik nie drgał.
Wiemy, że przy doborze układu serwo, oprócz uwzględnienia parametrów takich jak moment obrotowy i znamionowa prędkość silnika, musimy również najpierw obliczyć bezwładność układu mechanicznego przeliczoną na wał silnika, a następnie zgodnie z rzeczywistą wymagania działania maszyny i jakość przedmiotu obrabianego. Wymagania dotyczące konkretnego doboru silnika o odpowiedniej wielkości bezwładności.
Podczas debugowania (w trybie ręcznym) prawidłowe ustawienie parametru współczynnika bezwładności jest przesłanką do zapewnienia pełnej luzu dla najlepszych osiągów systemu mechanicznego i serwo.
Czym dokładnie jest „dopasowanie bezwładności”?
W rzeczywistości nie jest trudno zrozumieć, zgodnie z drugim prawem bydła:
Moment wymagany przez układ podający=moment bezwładności układu J × przyspieszenie kątowe θ
Przyspieszenie kątowe θ wpływa na charakterystykę dynamiczną układu. Im mniejsze θ, tym dłuższy czas od wydania polecenia przez kontroler do zakończenia realizacji systemu i wolniejsza reakcja systemu. Jeśli θ się zmieni, reakcja systemu będzie szybka i wolna, co wpłynie na dokładność obróbki.
Po wybraniu serwomotoru maksymalna wartość wyjściowa nie zmienia się. Jeśli oczekuje się, że zmiana θ będzie mała, J powinno być jak najmniejsze.
W powyższym przykładzie moment bezwładności układu J=obrotowy moment bezwładności serwosilnika JM plus moment bezwładności obciążenia JL przeliczony z wału silnika.
Bezwładność obciążenia JL składa się z bezwładności stołu roboczego, zamontowanego na nim osprzętu, przedmiotu obrabianego, śruby, sprzęgła i innych ruchomych części liniowych i obrotowych przekształconych w bezwładność wału silnika. JM to bezwładność wirnika serwomotoru. Po wybraniu serwomotoru wartość ta jest wartością stałą, natomiast JL zmienia się wraz z obciążeniem przedmiotu obrabianego. Jeśli chcesz, aby tempo zmian J było mniejsze, lepiej zmniejszyć proporcję JL.
Jest to „dopasowanie bezwładności” w potocznym znaczeniu.
Ogólnie rzecz biorąc, silnik o małej bezwładności charakteryzuje się dobrą skutecznością hamowania, szybką reakcją na rozruch, przyspieszanie i zatrzymanie oraz dobrą prędkością posuwisto-zwrotną, która jest odpowiednia w niektórych przypadkach przy małym obciążeniu i szybkim pozycjonowaniu. Silniki o średniej i dużej bezwładności nadają się do zastosowań z dużymi obciążeniami i wysokimi wymaganiami dotyczącymi stabilności, takich jak niektóre mechanizmy ruchu kołowego i niektóre branże obrabiarek.