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1、伺服电动机的时间常数分析莫会成伺服电动机的时间常数分析莫会成(西安微电机研究所,西安710077)摘要:用户对运动控制系统要求的不断提高,使得表征伺服电动机动态性能指标的时间常数县有重要意义。文中分析了机械时间常数的变化规律以及同电气时间常数和机电时间常数之间的相互关系。测试证明,各时间常数之间的关系结论对理解时间常数和工程应用具有一定指导意义。关键词:伺服电动机;机械时间常数;电气时间常数;机电时间常数中图分类号:TM383.4文献标识码:A文章编号:1001-6848(2006)01-0003-03AnalysisOnServoMotorTimeCons
2、tantMOHui-cheng(Xi'anMicromotorsResearchInstitute,Xi'an710077)ABSTRACT:UserDemandsonmotioncontrolsystemisincreased,whichmakeifimportanttoindicatetimeconstantofservomotordynamicperformancecharacter.Inthepaper,therariationlawsofmechanicaltimeconstantisanalyzed,aswellastherelationship
3、ofelectricaltimeconstantandelectromechanictimeconstant.KEYWORDS:Servomotor;Mechanicaltimeconstant;Electricaltimeconstant;electromechanictimeconstant假设em的情况也不再满足,甚至会发生相反的0引言状况,因此必须对电机时间常数重新认识和探讨。电机的时间常数根据其所反应机电系统动态性1理论基础能的固有特性不同而分为电气时间常数e、机械时间常数m和机电时间常数me、以及反应电机发热对直流伺服电动机和无刷直流
4、伺服电动机等多的热时间常数。由于热时间常数相对而言要大得类伺服电机来说,一般情况下经过推导都能写出如多,因而在分析电机的动态或稳态性能时,一般不计下系统方程:热时间常数的影响。di对于伺服电机而言,时间常数是反应其动态性U=Ri+L+Kedt能好坏的主要技术指标之一。按照国家标准GB/d(1)Tem=TL+B+JT2900的规定,电机的机械时间常数可按专门的公dt式计算,而机电时间常数me则定义为空载加阶跃额Tem=Kti定电压时,当转速达到空载转速的63.2%时所需的式中,U—电源电压,i—电枢电流,R—电枢电阻,时间。由于在机电系统中电气过渡
5、过程较机械过渡L—电枢电感,J—转动惯量,—角速度,Tem—电磁过程要短得多,因而一般有em,故在大多数教科转矩,TL—负载转矩,B—阻尼系数,Kt—转矩常数,书和电机拖动伺服类的书籍中,将电机的机电时间Ke—反电势常数。常数me等同于或近似等同于电机的机械时间常数根据时间常数的定义,设TL=0,并忽略摩擦转m,甚至在测试电机的时间常数时,只测m并用机械时间常数代替机电时间常数,长期使用过程中以矩,式(1)可转化为:2致于混淆或模糊了二者的关系。RJd+LJdU=2+Ke(2)KtdtKtdt随着伺服电机的快速发展,运动控制的不断进LRJ
6、步与提高,表征伺服电机动态性能的关键指标时间令e=,m=RKeKt常数也发生了很大变化。不仅是动态性能,而且传统则式(2)变成:2dd收稿日期:2005-08-12em2+m+=0(3)dtdt—3—微电机2006年第39卷第1期(总第148期)U在传统电机理论和工程实践中,一般都假设em。式中,0=,为理想空载转速。Ke4e为简化分析起见,令K=,对式(10)取极限:由式(3)可见,伺服电机是一个二阶系统。当然m在伺服驱动系统中,可将其进行拉氏变换,采用传递1+1-K1-K-1=01-limet+函数的方法来进行研究,但考
7、虑其直观性和对问题K021-K2e的对比理解方便,还是从时域系统中分析较为清晰。1-1-K1-K+1lime-t方程(3)的解由两部分组成,即对应齐次方程的K021-K2e通解和特解。齐次方程的特征方程为:1+1-K1-K-122=01-lime·temP+mP+1=0(4)K021-KKm1-t4=01-em(11)e1-1mKe01解之:P-t12=-±(5)这时电流的变化为:i=em(12)2e2eR对电机加阶跃电压起动过程而言,很明显,其特解之从上式可以看出,角速度呈指数函数上升,最终一为=0达理想角速度。当t
8、=m时,角速度为理想稳态角速故式(3)的解可表示为
