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作者: 发布时间:2017-04-06 来源:深圳市雷赛智能控制股份有限公司 繁体版
一、现象描述交流伺服系统的机械传动部分本身存在一定弹性,加上位置环带有少许滞后,易造成机械末端发生抖动,影响伺服系统的跟踪性及机械的定位精度。在进行雷赛L5Z伺服系统在机械手的应用研究时发现了这种抖动现象,如图1
一、现象描述


交流伺服系统的机械传动部分本身存在一定弹性,加上位置环带有少许滞后,易造成机械末端发生抖动,影响伺服系统的跟踪性及机械的定位精度。在进行雷赛L5Z伺服系统在机械手的应用研究时发现了这种抖动现象,如图1:在指令定位命令结束后,即使马达本身已经接近静止,机械传动端仍会出现持续摆动。







图1 机械手应用研究平台




二、应用问题分析

如下图,为示波器采集位置/速度/电流等信号抓取的摆振现象,可见,在指令命令结束后,各采集信号存在较大幅度的波动,但在系统阻尼作用下振幅逐渐减小。







图2 未抑制前伺服系统输出波形




通过抓取数据,分析伸缩轴在指令命令结束时刻的频谱,分析得知:位置/速度/电流均含有相同频率的低频分量,该频率点大约在10Hz附近。




图3 抑制后伺服系统输出波形




雷赛L5Z伺服系统摆振抑制能针对机械末端晃动或机台低频共振现象,通过抑制运动振动的频率点,降低振动。减振频率有2个,可同时使用,使用频率从1-200hz,具体请参考雷赛L5Z的产品手册Pr2.14和Pr2.16参数,具体如下:




   具体操作步骤如下:




图4  L5Z摆振抑制技术功能使用步骤




对比振动抑制前后的定位时间曲线,可以计算出整定时间的变化(以某一PUU为定位精度进行计算),对比结果如下表所示,可见,不带振动抑制功能,其整定时间超过314ms,带振动抑制功能,整定时间减小到150ms。

表1 减振前后整定时间对比




该伺服系统采用基于FFT检测位置/速度/电流中出现的低频振动,在获得振动频率信息,使用低频抑制滤波器等获取抑制补偿值,并将此补偿值添加到阻尼参数中进行振动抑制。

     




图5 摆振抑制技术系统原理图




三、原理探讨及试验分析

  伺服系统中的弹性连接装置可近似为一个双惯量机械传动系统,如下图所示,




图6 双惯量机械传动系统简化原理图




典型双惯量机械传动系统的微分方程如下:




通过建立该系统的微分方程、及电机/负载转速和电磁转矩之间的传递函数关系,在一定假设条件下,可利用伺服系统的根轨迹图来对比抑制前后的末端定位抖动频率,抑制前后的根轨迹如下所示,文献1指出抑制定位末端抖动的实质是消除B极点处的轻阻尼振荡。




图7 抑制前伺服系统根轨迹图







图8 抑振后伺服系统根轨迹图




激光测振仪,作为一个高精度外部激光传感器,对振动特性的评价具有很大的参考意义,本实验通过激光测振仪采集机械末端、电机轴端等测试点的振动数据进行振动分析。试验测试曲线如下图所示:




图9机械末端振动抑制效果对比曲线







图10机械末端振动频谱分析




对比机械末端的振动数据可知,抑制前速度波动峰峰值最大为52mm/s,主要的振动频率为10.11hz,伺服阻尼作用下,振幅逐渐减小;抑制后,速度波动峰峰值的最大值减小到7mm/s,但也含有较小的相对高频振动。


曹博士专栏 | 雷赛伺服系统摆振抑制技术应用研究
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