伺服電機噪音及不穩(wěn)定分析

用戶在一些機械上使用伺服電機時，經(jīng)常會發(fā)生噪聲過大，電機帶動負載運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。出現(xiàn)此問題時，許多使用者的第一反應就是伺服電機質(zhì)量不好，因為有時換成步進電機或是變頻電機來拖動負載，噪聲和不穩(wěn)定現(xiàn)象卻反而小很多。表面上看，確實是伺服電機的原故，但我們仔細分析伺服電機的工作原理后，會發(fā)現(xiàn)這種結(jié)論是完全錯誤的。

伺服系統(tǒng)包括：伺服驅(qū)動器、伺服電機和一個反饋傳感器(一般伺服電機自帶光學編碼器)。所有這些部件都在一個控制閉環(huán)系統(tǒng)中運行：驅(qū)動器從外部接收參數(shù)信息，然后將一定電流輸送給步進伺服電機，通過電機轉(zhuǎn)換成扭矩帶動負載，負載根據(jù)它自己的特性進行動作或加減速，傳感器測量負載的位置，使驅(qū)動裝置對設(shè)定信息值和實際位置值進行比較，然后通過改變電機電流使實際位置值和設(shè)定信息值保持一致，當負載突然變化引起速度變化時，編碼器獲知這種速度變化后會馬上反應給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器又通過改變提供給伺服電機的電流值來滿足負載的變化，并重新返回到設(shè)定的速度。

伺服系統(tǒng)是一個響應非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負載波動和速度較正之間的時間滯后響應是非常快的，此時，真正限制了系統(tǒng)響應效果的是機械連接裝置的傳遞時間。

舉例

一臺機械是用伺服電機通過V形帶傳動一個恒定速度、大慣性的負載。整個系統(tǒng)需要獲得恒定的速度和較快的響應特性，分析其動作過程：

當驅(qū)動器將電流送到電機時，電機立即產(chǎn)生扭矩；一開始，由于V形帶會有彈性，負載不會加速到像步進電機那樣快；伺服電機會比負載提前到達設(shè)定的速度，此時裝在電機上的編碼器會削弱電流，繼而削弱扭矩；隨著V型帶張力的不斷增加會使電機速度變慢，此時驅(qū)動器又會去增加電流，周而復始。

在此例中，系統(tǒng)是振蕩的，電機扭矩是波動的，負載速度也隨之波動。其結(jié)果當然會是噪音、磨損、不穩(wěn)定了。不過，這都不是由伺服電機引起的，這種噪聲和不穩(wěn)定性，是來源于機械傳動裝置，是由于伺服系統(tǒng)反應速度(高)與機械傳遞或者反應時間(較長)不相匹配而引起的，即伺服電機響應快于系統(tǒng)調(diào)整新的扭矩所需的時間。

找到了問題根源所在，解決以上例子問題，您可以：

1.增加機械剛性和降低系統(tǒng)的慣性，減少機械傳動部位的響應時間，如把V形帶更換成直接絲桿傳動或用齒輪箱代替V型帶。

2.降低伺服系統(tǒng)的響應速度，減少伺服系統(tǒng)的控制帶寬，如降低伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)值。

以上只是噪聲不穩(wěn)定的原因之一。針對不同的原因，會有不同的解決辦法。如由機械共振引起的噪聲，在伺服方面可采取共振抑制，低通濾波等方法，總之，噪聲和不穩(wěn)定的原因，基本上都不會是由于伺服電機本身所造成。

審核編輯：湯梓紅