如何提升機(jī)器人伺服電機(jī)的響應(yīng)性能
來(lái)源：昌昇自動(dòng)化時(shí)間：2022-04-19
頻率響應(yīng)帶寬國(guó)標(biāo)測(cè)試結(jié)果
可以說(shuō)，頻率響應(yīng)帶寬越快，伺服系統(tǒng)就可以對(duì)變化更快的指令實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)，即使工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作再?gòu)?fù)雜，也能及時(shí)響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的每一個(gè)關(guān)節(jié)位置控制到位。
而影響頻率響應(yīng)帶寬的因素有很多，像伺服驅(qū)動(dòng)器或者控制系統(tǒng)參數(shù)、傳動(dòng)鏈的剛度或精度、傳動(dòng)間隙、負(fù)載慣量等都會(huì)對(duì)伺服系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬產(chǎn)生影響。過(guò)去業(yè)內(nèi)很多研究者由于缺乏測(cè)試裝備，故只能通過(guò)加實(shí)際負(fù)載的測(cè)試來(lái)判斷伺服系統(tǒng)及機(jī)器人的響應(yīng)性能，屬于定性分析，無(wú)法定量分析。因此國(guó)內(nèi)的伺服系統(tǒng)目前在響應(yīng)速度一塊仍需加強(qiáng)，像一般的伺服電機(jī)，響應(yīng)帶寬最高只能做到幾百Hz左右，比較優(yōu)質(zhì)的能做到1kHz;而國(guó)外的產(chǎn)品，如日系的安川、三菱、松下等，卻在多年以前已突破2kHz的關(guān)卡。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)機(jī)器人發(fā)展迅猛，尤其是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。但在機(jī)器人的反應(yīng)速度、精度上，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品還是存在一定差距的，那么關(guān)鍵點(diǎn)是在哪呢?關(guān)鍵在于機(jī)器人的核心零部件——伺服電機(jī)。機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，是通過(guò)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)的。如果對(duì)機(jī)器人運(yùn)行的動(dòng)作速度、精度要求高的話，實(shí)際就是要求伺服電機(jī)的響應(yīng)速度、控制精度要足夠高。
如何提升機(jī)器人伺服電機(jī)的響應(yīng)性能
而在機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行時(shí)，往往伺服電機(jī)是處于各種加減速、正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，那就對(duì)伺服電機(jī)的短時(shí)過(guò)載能力、慣量適應(yīng)范圍、頻率響應(yīng)帶寬、轉(zhuǎn)速/扭矩響應(yīng)時(shí)間提出了很高的要求。其中一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是頻率響應(yīng)帶寬，它決定了該伺服系統(tǒng)對(duì)指令的響應(yīng)速度快慢，是機(jī)器人設(shè)計(jì)者的重要關(guān)注指標(biāo)。
伺服電機(jī)頻率響應(yīng)帶寬的定義：伺服系統(tǒng)能響應(yīng)的最大正弦波頻率就是該伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)帶寬。用專業(yè)一些的語(yǔ)言描述，就是幅頻響應(yīng)衰減到-3dB時(shí)的頻率(-3dB帶寬)，或者相頻響應(yīng)滯后90度時(shí)的頻率。
更具體一點(diǎn)，像機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)《交流伺服驅(qū)動(dòng)器通用技術(shù)條件》(JB T 10184-2000)中規(guī)定了伺服驅(qū)動(dòng)器帶寬的測(cè)試方法：驅(qū)動(dòng)器輸入正弦波轉(zhuǎn)速指令，其幅值為額定轉(zhuǎn)速指令值的0.01倍，頻率由1Hz逐漸升高，記錄電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速曲線，隨著指令正弦頻率的提高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波形曲線對(duì)指令正弦波曲線的相位滯后逐漸增大，而幅值逐漸減小。相位滯后增大至90度時(shí)的頻率作為伺服系統(tǒng)90度相移的頻帶寬度;幅值減小至低頻時(shí)0.707倍的頻率作為伺服系統(tǒng)-3dB頻帶寬度。
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