As características de torque-velocidade dos servomotores de corrente contínua são seus principais indicadores de desempenho e determinam diretamente seu efeito de aplicação em automação industrial, processamento de precisão e outras áreas. Esta curva característica geralmente apresenta a característica de dois segmentos de "zona de torque constante" e "zona de potência constante", e sua otimização requer uma abordagem integrada de design de motor, estratégia de controle e correspondência de sistema.
Análise da curva de características de torque e velocidade
Na zona de torque constante, o motor mantém a passagem magnética do intervalo de ar constante (como um motor de ímã permanente) ou ajusta a corrente de excitação magnética (como um motor de excitação), tornando o torque eletromagnético e a corrente de armação lineares, neste momento a velocidade de rotação diminui linearmente com o aumento do torque de carga, as características mecânicas são rígidas, adequadas para cenários de torque alto e de baixa velocidade. Quando a velocidade de rotação ultrapassa o valor nominal, o aumento da potência anti-elétrica leva à limitação da corrente do armação, o torque diminui com o aumento da velocidade de rotação e entra na zona de potência constante, neste momento a potência de saída do motor tende a ser estável, mas a diminuição do torque na zona de alta velocidade pode afetar a resposta dinâmica.
Estratégia de otimização
Otimização do design do motor
A utilização de ímãs permanentes em vez de enrolamento magnético estimulado pode eliminar a perda magnética estimulada e aumentar a relação de inércia de torque, permitindo que o motor produza torque maior no mesmo volume. Por exemplo, os motores de ímãs permanentes de boro de ferro de paládio permitem uma gama mais ampla de regulação de velocidade no sistema de alimentação de máquinas-ferramentas CNC. Além disso, o design otimizado da ranura de núcleo de armação, com ranura inclinada ou cunha de ranura magnética, reduz a pulsação do torque da ranura e melhora a estabilidade em baixas velocidades.
Atualização do algoritmo de controle
Introdução de um algoritmo de controle vetorial ou de controle de torque direto para alcançar um ajuste rápido e preciso do torque por meio do desligamento do torque e da componente de transmissão magnética. Por exemplo, em aplicações de articulações robóticas, o uso de controle preditivo de modelo compensa antecipadamente as flutuações de torque causadas por mutações de carga, reduzindo o tempo de resposta dinâmica. Em combinação com um controle difuso ou um algoritmo de rede neural, os parâmetros de controle podem ser adaptados para lidar com perturbações paramétricas ou interferências externas.
Correspondência dos parâmetros do sistema
Para otimizar a relação de carga e inércia do rotor do motor através da correspondência de inércia, geralmente é recomendado que a inércia de carga seja de 1 a 3 vezes a inércia do rotor do motor para evitar oscilações durante a aceleração / desaceleração. Por exemplo, em máquinas de perfuração de placas de circuito impresso, um motor DC de pequena inércia e um redutor combinado permitem a compatibilidade entre posicionamento de alta velocidade e ajuste fino de baixa velocidade. Além disso, a otimização da rigidez da cadeia de transmissão e a redução do espaço de engrenagens ou da deformação elástica da parafusa reduzem o efeito de atraso da transmissão mecânica na transmissão do torque.
Casos de aplicação típicos
Na condução do eixo da máquina-ferramenta CNC, o uso de servomotores de grande inércia de corrente contínua em combinação com a tecnologia de regulação de velocidade magnética fraca fornece um alto torque na zona de baixa velocidade para atender às necessidades de corte, ao mesmo tempo que a velocidade de regulação de ampla gama é alcançada na zona de alta velocidade reduzindo a corrente de excitação magnética. Os dados experimentais mostram que a faixa de regulação de velocidade do sistema otimizada pode chegar a 1:5000, a flutuação do torque é reduzida e a precisão de posicionamento é melhorada para ± 0,001 mm.