Đặc tính tốc độ mô-men xoắn của động cơ servo DC là chỉ số hiệu suất cốt lõi của nó, trực tiếp xác định hiệu quả ứng dụng của nó trong tự động hóa công nghiệp, gia công chính xác và các lĩnh vực khác. Đường cong đặc tính này thường thể hiện đặc điểm hai đoạn của "vùng mô-men xoắn không đổi" và "vùng công suất không đổi", tối ưu hóa cần được thực hiện toàn diện từ ba khía cạnh của thiết kế động cơ, chiến lược điều khiển và kết hợp hệ thống.

Độ phân giải đường cong đặc tính mô-men xoắn - vận tốc

Trong vùng mô-men xoắn không đổi, động cơ làm cho mô-men xoắn điện từ có mối quan hệ tuyến tính với dòng điện phần ứng bằng cách duy trì thông lượng không đổi khe hở không khí (như động cơ nam châm vĩnh cửu) hoặc bằng cách điều chỉnh dòng điện kích thích (như động cơ kích thích), tại thời điểm này tốc độ quay giảm tuyến tính với mô-men xoắn tải tăng, đặc tính cơ học cứng, phù hợp với các tình huống mô-men xoắn tốc độ thấp và cao. Khi tốc độ quay vượt quá giá trị định mức, sự gia tăng của EMF dẫn đến giới hạn dòng điện phần ứng, mô-men xoắn giảm khi tốc độ quay tăng và đi vào vùng công suất không đổi, tại thời điểm này công suất đầu ra của động cơ có xu hướng ổn định, nhưng sự suy giảm mô-men xoắn ở vùng tốc độ cao có thể ảnh hưởng đến phản ứng động.

Chiến lược tối ưu hóa

Tối ưu hóa thiết kế động cơ

Việc sử dụng nam châm vĩnh cửu để thay thế cuộn dây kích thích có thể loại bỏ tổn thất kích thích và nâng tỷ lệ quán tính mô-men xoắn để động cơ có thể sản xuất mô-men xoắn cao hơn ở cùng khối lượng. Ví dụ, động cơ nam châm vĩnh cửu NdFeB cho phép phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn trong hệ thống cho ăn máy CNC. Ngoài ra, tối ưu hóa thiết kế loại rãnh lõi phần ứng, sử dụng rãnh hoặc nêm rãnh từ, có thể làm giảm xung mô-men xoắn của rãnh răng và nâng cao độ ổn định tốc độ thấp.

Nâng cấp thuật toán điều khiển

Giới thiệu điều khiển vector hoặc thuật toán điều khiển mô-men xoắn trực tiếp để đạt được điều chỉnh nhanh chóng và chính xác mô-men xoắn bằng cách tách mô-men xoắn khỏi các thành phần thông lượng. Ví dụ, trong các ứng dụng khớp robot, việc sử dụng điều khiển dự đoán mô hình bù đắp trước cho sự dao động mô-men xoắn gây ra bởi đột biến tải, giảm thời gian đáp ứng động. Kết hợp với điều khiển mờ hoặc thuật toán mạng thần kinh, các thông số điều khiển có thể được điều chỉnh thích ứng để đối phó với các thông số chụp hoặc nhiễu bên ngoài.

Khớp tham số hệ thống

Tối ưu hóa tỷ lệ quán tính của tải với rôto của động cơ bằng cách kết hợp quán tính, quán tính tải thường được khuyến nghị gấp 1-3 lần quán tính của rôto của động cơ để tránh dao động trong quá trình tăng tốc/giảm tốc. Ví dụ, trong máy khoan bảng mạch in, việc sử dụng động cơ DC quán tính nhỏ và khớp với bộ giảm tốc có thể đạt được sự tương thích giữa định vị tốc độ cao và điều chỉnh tốc độ thấp. Ngoài ra, tối ưu hóa độ cứng của chuỗi truyền dẫn, giảm khoảng cách bánh răng hoặc biến dạng đàn hồi của vít, có thể làm giảm hiệu ứng trễ của truyền cơ học đối với truyền mô-men xoắn.

Trường hợp ứng dụng điển hình

Trong ổ trục chính của máy CNC, động cơ servo DC quán tính lớn được sử dụng kết hợp với công nghệ điều chỉnh tốc độ từ tính yếu, mô-men xoắn cao có thể được cung cấp ở vùng tốc độ thấp để đáp ứng nhu cầu cắt, đồng thời đạt được điều chỉnh tốc độ phạm vi rộng ở vùng tốc độ cao bằng cách giảm dòng kích thích. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy phạm vi điều chỉnh tốc độ hệ thống được tối ưu hóa có thể đạt 1: 5000, biến động mô-men xoắn giảm và độ chính xác định vị tăng lên ± 0,001mm.