伺服装置性能指标

1.伺服驱动系统性能测试装置验证哪些技术/用途：依据中国机械行业标准，通过检测伺服驱动系统性能指标，从而对伺服驱动系统的性能进行评价。◆额定输出容量伺服装置在额定负载、额定转速下工作，伺服单元在长期连续运行（约1h）而不发生过热报警的状态下连续输出的最大功率称为额定输出容量，依据测量伺服单元的输出电压U和输出电流I，设额定输出容量P，则：即P=U*I……（1）测试方法：给定额定转速和额定负载转矩，在伺服运行1小时后若无报警，测量出伺服单元输出电压U和输出电流I，根据式（1）计算，测试结束；◆转速变化率伺服系统在某一给定转速下，负载由空载增加到连续工作区中规定的该转速下最大负载时，其转速变化的相对值称为转速变化率S，它是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。用百分数表示：S(%)=（n0-n1）/n0……（2）（式中，n0为空载下的稳态转速，n1为负载下的稳态转速）测试方法：在最低转速指令下读取其空载转速为n0，然后逐渐增加负载直至该转速下允许的最大负载值，测得此时转速n1，根据式（2）计算；◆调速范围调速范围D是指伺服系统在调速系统下，当电动机转轴上施加最高转速时允许的最大负载且转速变化率S不大于规定值时，电动机能达到的最高转速maxn和最低转速minn之比。用如下公式计算：D=maxn/minn……（3）（式中，maxn和minn是电机所能达到的最高转速和最低转速）测试方法：给定额定转速和额定转矩，测得最大转速和最小转速，根据式（3）计算；◆电压变化的稳速精度伺服系统在额定转速、规定负载条件下连续运行时，当电源电压变化时，电动机实测转速与额定转速间最大差值的绝对值与额定转速的百分比叫做电压变化的稳速精度δ。计算公式为：δ(%)=((Ni-Ne)/Ne)*100%……（4）（式中，Ni为实测转速，Ne为额定转速）测试方法：将伺服单元的输入电压调到额定值的110％，每隔1分钟，计算一次实际速度，计算3次，求平均值，得到实际转速N1，然后将伺服单元的的输入电压调到额定值的85％，每隔1分钟，计算一次实际速度，计算3次，求平均值，得到实际转速N2，取|N1-Ne|和|N2-Ne|的最大值，根据式（4）计算；◆稳定性它表示伺服系统抵抗转矩负载扰动的能力。一般以系统稳定运行中突加阶跃负载F后的动态过程作为典型的扰动过程。稳定性通过动态速降和恢复时间来评价。图1突加负载的时间响应曲线动态速降当伺服系统稳态运行时，对电动机突加转矩负载后引起的转速最大降落maxn与原稳态值1Wn的比叫动态降落。计算如下：Z（%）=maxn/1Wn……（5）恢复时间在新的稳态值附近取原稳态值的正负1%为允许误差带，从阶跃扰动作用t1开始到转速基本恢复稳态，进入并不再超出误差带的所需最小时间定义为恢复时间，用tf表示，从新的稳态时刻起查找第一次反馈转速超出误差带的时间t2及转矩加载的时刻t1，则tf计算如下：tf=t2-t1……（6）测试方法：被测伺服系统在空载、0.5倍额定转速下稳定运行，计算此时稳态转速，然后突加0.5倍额定转矩负载，按图1所示的方法查找转速最大降落maxn，计算新的稳态转速和并按式（5）和式（6）分别计算动态降落和恢复时间；◆跟随性在给定信号变化作用下伺服系统的转速输出量变化的情况用跟随性指标来描述，在给定信号阶跃变化的过渡过程又称阶跃响应。由下面三个指标来表示（如图2所示）：上升时间tr：表示转速输出量从零起第一次上升到稳态值nw的90%所经历的时间，它表示动态响应的快速性。超调量σ：表示转速输出量超出稳态值的最大转速差(maxn-nw)与稳态值nw之比，它反映伺服装置的相对稳定性，即wwnnn/)((%)max……(7)。调节时间：在阶跃响应曲线稳态值附近取稳态值的正负5%范围作为允许误差带，以响应曲线达到并不再超出该误差带的所需最小时间定义为调节时间，又称过渡过程时间。它用来衡量系统的整个调节过程的快慢。图2阶跃输入的时间响应测试方法：使伺服电机在空载零转速状态下运行，输入某一转速指令的阶跃信号，根据图2所示的方法和式（7）计算出上升时间、超调量和调节时间。改变伺服电机的转速方向，重复上述测试；◆正反转速差空载条件下，输入额定转速的正、反转速指令，测量正、反转速Ncw、Nccw，根据式（8）计算正反转速：Δn=|Ncw-Nccw|/(Ncw+Nccw)*100%……（8）（式中，Ncw、Nccw为正、反转速）；◆静态刚度具有位置闭环的伺服装置处于空载零速工作状态，对电动机轴端的正转方向或反转方向施加连续转矩T0，同时测出轴的转角偏移量，则静态刚度=T0/……（9）测试方法：使具有位置控制的伺服装置处于空载零速状态，用高分辨率高精度轴角传感器检测电动机轴角位置，选定此时的电动机轴角为参考零位。当对电动机施加正、反向转矩，转矩达到电动机连续工作区规定的最大转矩后，测量电动机轴角位置对参考零位的偏移量，按式（9）计算静态刚度。试验位置至少应任取三点，正向和反向共测量六组数据，求平均值；◆伺服电动机连续堵转转矩、连续堵转电流电机堵转时输出的最大转矩和电流。测试方法：电动机在堵转下施加连续堵转转矩运行，测量电动机的连续堵转电流；◆伺服电动机最大转矩◆伺服电动机反电势常数◆电动机额定转速和最大转速◆电动机额定转矩◆电动机转矩波动率测试方法：将伺服装置稳定运行在10%最高转速值这一点，对电动机施加连续工作区中规定的该转速下允许的最大转矩，用转矩仪连续测量并记录电动机一转中输出转矩，找出最大转矩Tmax和最小转矩Tmin（即瞬态值），按式（10）计算转矩波动率：T（%）=（Tmax-Tmin）/（Tmax+Tmin）……（10）（式中，T为转矩波动率；Tmax为最大转矩；Tmin为最小转矩）；2.主轴驱动系统性能测试装置验证哪些技术/用途：依据中国机械行业标准，通过检测主轴驱动系统性能指标，从而对主轴驱动系统的性能进行评价。◆制动功能电动机的制动功能是将电动机转轴上的机械能迅速释放，以使电动机迅速降速或停止。电动机的制动方法常有回馈制动、能耗制动等多种方式。测试方法：当驱动装置在额定负载下正常运行时，给驱动装置一个运行结束指令或急停指令，观察电动机转轴的停转响应速度。然后再给定运行指令，驱动装置应能正常工作；◆起动时间指驱动装置在空载条件下，从驱动装置得到最高速度指令信号开始到主轴电动机达到95%最高转速时的时间。测试方法：将驱动装置置于空载条件下，在驱动装置输入端输入最高转速指令阶跃信号，同时记录转速指令阶跃信号和主轴电动机转轴的转速变化曲线，从阶跃信号指令开始到电动机转轴的转速达到95%最高转速的时间，即为所求的启动时间；◆制动时间指驱动装置在空载、最高转速运行条件下，从驱动装置得到制动指令信号开始到主轴电动机达到零转速时的时间。测试方法：将驱动装置置于空载、最高转速条件下运行，在驱动装置输入端输入制动指令阶跃信号，同时记录转速指令阶跃信号和主轴电动机转轴的转速变化曲线，从输入制动指令开始到电动机转轴的转速降到零转速的时间，即为所求的启动时间；◆定位功能为了更换和测量刀具等需要，必须使主轴能精确地停止，并保持在预先规定的位置上。测试方法：由数控装置发出定位指令到驱动装置输入端，用高分辨率、高精度转角传感器和电子计时器检查电动机转轴的定位精度和定位快速性；◆转速变化率（静差率）驱动装置在某一给定转速下，负载由空载增加到连续工作区中规定的该转速下最大负载时，其转速变化的相对值称为转速变化率S，用百分数表示：S(%)=（n0-n1）/n0（式中，n0为空载下的稳态转速，n1为负载下的稳态转速）；◆调速范围（调速比）调速范围D是指驱动装置在调速系统中，当电动机转轴上施加最高转速时允许的最大负载且转速变化率S不大于规定值时，电动机能达到的最高转速maxn和最低转速minn之比。用如下公式计算D=maxn/minn（maxn和minn是电机所能达到的最高转速和最低转速）；◆恒功率范围（恒功率调速比）指驱动装置保持额定功率输出状态下,所允许的速度变化范围的最大值与最小值之比。测试方法：驱动装置在保持电动机额定输出功率的条件下，调节电动机转速，测量电动机的最高转速和最低转速，并按式D=maxn/minn计算调速范围；◆额定输出容量驱动单元在额定电压下能连续输出的最大功率称为额定输出容量；效率驱动单元在额定工作条件下，输出功率与输入功率之比。即：12PP……（11）（P1和P2是驱动单元输入功率和输出功率）。测试方法：额定输出容量测试方法与伺服装置测试相同，只是驱动单元长期连续运行约2h后进行电压、电流测试；此时用功率测量仪测量驱动单元的输入功率和输出功率，按式（11）计算出效率；◆主轴电动机额定转矩电动机在连续工作区输出额定功率时的转矩称额定转矩。◆主轴电动机额定转速（基本转速）和最高转速电动机在连续工作区，在额定转矩下达到最大功率时的转速称额定转速；电动机在连续工作区内所能达到的最大转速称最高转速。