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伺服系统的机械时间常数及电气时间常数是什么？ 点击：28915 | 回复：18



冰子

    
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发表于：2010-03-20 11:29:29
楼主
如题，大家帮帮忙啊！
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能量控制

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发表于：2010-03-20 12:44:31
1楼
就是带负载和空载时的阶越响应达到稳态的时间。带负载时就是机械时间常数，不带负载就是电机时间常数。这和PID参数设置也有关系。
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波恩

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发表于：2010-03-20 13:37:41
2楼

伺服电机的机械时间常数根据定义：tm = R*J/Ke*Kt，即与绕组电阻、转子转动惯量、电机反电势系数、电机力矩系数有关。据说拖动电机的机械时间常数与空载从零速加速到平衡转速的63.2%所需的时间相当。在伺服系统中，该常数可能与系统的速度环阶跃响应时间在数量上相当。

 

伺服电机的电气时间常数一般是指定子绕组的电感与电阻的比值（te＝L/R），与伺服系统的电流阶跃响应时间有关，但未必相当。

 

(已编辑修改)

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能量控制

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发表于：2010-03-20 14:05:26
3楼

"伺服电机的电气时间常数一般是指定子绕组的电感与电阻的比值，与伺服的电流阶跃响应时间有关，但未必相当。 "

没学过电机原理，看来我概念不清。不过实践中，一般都做个速度阶跃响应，通过观察达到最大速度的时间来决定运动控制器最大加速度设定，以免出现跟踪偏差过大。我觉得大多数应用，伺服都设在速度或位置模式。力矩模式相对用的比较少。

按你的说法，伺服驱动器设在力矩模式，给个阶跃信号才是测电机时间常数的正确办法？这个时间常数和我设定运动控制参数（加减速度）怎样关联呢？

PID参数不同好像时间常数也不同（基于速度阶跃响应），是否能说“电流阶跃响应”是电机本身特性，与PID设定无关呢？

谢谢！

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波恩

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发表于：2010-03-20 15:19:48
4楼

准确地讲，两个常数在定义和概念上只和电机本身的特性有关，加上驱动后的外特性与之相关，但不直接，因此才会有PID参数不同，加速能力不同的现象和问题，这是电机加驱动构成伺服系统后的响应问题，而不是电机本身的特性。

 

另外，需要注意的是，电机的反电势系数Ke与力矩系数Kt之间的关系，在直流伺服电机中Kt=9.55*Ke，其中Kt的单位是Nm/A，Ke的单位是V/rpm，当Ke和Kt同为国际单位制时，Ke=Kt。这一点与永磁交流伺服电机中Ke与Kt的关系稍有差别，多数企业的永磁交流伺服电机手册中如果同时给出Ke和Kt，则一般Kt=9.55*Ke*1.732，当Ke和Kt同为国际单位制时，Kt与Ke之间差1.732倍（即：根号3倍），原因在于Ke一般会以线反电势的形式给出。

 

有些供应商不舍得提供Ke和Kt参数，好在力矩系数Kt可以根据额定力矩和额定电流导出，导出力矩系数后，就可以根据Kt=9.55*Ke*1.732间接导出线反电势系数Ke了，即：

Ke=0.1047*Kt/1.732，单位V/rpm；

或者：Ke=104.7*Kt/1.732，单位V/Krpm，或mV/rpm。

 

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当时明月

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发表于：2010-03-20 15:54:47
5楼
“PID参数不同好像时间常数也不同（基于速度阶跃响应）” 不是时间常数不同，是响应时间不同。
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能量控制

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发表于：2010-03-22 13:51:26
6楼

谢谢楼上两位的指正。我觉得作为搞应用的，更关心怎样通过协调速度环与位置环的增益来达到最佳控制效果。在实践中通过开环速度响应时间来调整速度环增益，然后再调位置环增益是比较方便实用的办法，因为涉及的参数不多。

如果楼上二位有利用电机时间常数，在负载已知的前提下，自动计算速度环与位置环增益的办法，希望能给大家介绍一下，叫大家都受益。

 

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当时明月

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发表于：2010-03-22 20:19:49
7楼
关于速度环增益的自动计算，本人仅略知皮毛，还是根据一些日系伺服说明书和教科书推测的，简单说一下，偏颇之处请见谅。

根据常见的速度环PI调节器设计方法，简化控制对象模型后，速度环比例增益正比于 f*J/Kt，之中f相当于速度环的截止频率，取值范围从数十Hz到数百Hz不等，J为折算到电机轴上的总惯量，Kt为转矩系数。一些日系伺服中所谓增益自适应中常用的一种方法，就是通过参数设定自适应的刚度，即f，多数都会提供一个对照表，以供选择相应的截止频率(与机械系统有关)，然后在反复加减速运行中，根据运动方程Te=J*a+TL+Tx(Te为电磁转矩，a为加速度，TL为负载转矩，Tx为其它)估算出总惯量J，从而计算出速度环的比例增益~

这种方法由于基于模型，并且采取了很多简化措施，所以应用中有不少限制，很多场合下实际效果并不理想~~

由于对此方面尚未进行深入研究，其它方法就不甚了解了~
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波恩

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发表于：2010-03-23 09:10:33
8楼
自动的方法看起来很美，对于用也只是便于给出貌似优化的可用值，真要用得好，还得凭经验，手工调。
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波恩

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发表于：2010-05-17 13:59:42
9楼

“根据常见的速度环PI调节器设计方法，简化控制对象模型后，速度环比例增益正比于 f*J/Kt，之中f相当于速度环的截止频率，取值范围从数十Hz到数百Hz不等，J为折算到电机轴上的总惯量，Kt为转矩系数。”———初看没觉得有什么，回头看的确有启示意义！

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鹞子8661

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10楼

波恩，你们讨论的很认真，我是做电机的，愿意加为好友吗？

你有qq吗？

我的qq,513910755

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波恩

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11楼
波恩是用电机的，很少用QQ，来过这儿，就是网友，有事发帖，有空常来。
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ACScontrol

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12楼

“有些供应商不舍得提供Ke和Kt参数，好在力矩系数Kt可以根据额定力矩和额定电流导出，导出力矩系数后，就可以根据Kt=9.55*Ke*1.732间接导出线反电势系数Ke了。”

个人感觉力矩常数大部分还是由峰值力矩和峰值电流导出的，有些电机根据额定力矩和额定电流导出值和用峰值力矩和峰值电流导出值是一样的，不过好像大部分有些差别,这个可以多找些不同品牌电机验证的。虽然在电机的参数中力矩常数的单位是Nm/A，在驱动器配置参数的时候好像不少是Nm/Apk

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ACScontrol

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13楼

关于机械时间常数直流伺服电机maxon样本上是这样说的

“ Mechanical time constant m [ms]        is the time required for the rotor to accelerate from standstill to 63% of its no-load speed.”

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江苏成振

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发表于：2010-10-15 15:20:16
14楼

"从静止加速到空载速度63%所需要的时间."

我翻译的,不知准确与否  ?

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波恩

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发表于：2010-12-02 09:52:17
15楼

Ke往往是由空载线反电势的均方根值导出；

Kt的导出相对复杂，毕竟伺服电机的出力存在目标温升下的额定力矩，目标温升下的堵转力矩，以及峰值力矩等等，欧美部分厂家甚至会给出不同目标温升的额定力矩和堵转力矩，不同供电电压下的额定力矩等等，而根据这些力矩导出的力矩系数必然存在差异。

所以说，Kt=9.55*1.732*Ke的关系式只是理论公式，可能与厂家给出的具体参数对不上，不过考虑铁损和粘滞摩擦等因素，由该公式从Ke导出的Kt有可能比厂家标定的Kt偏大一些。

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ACScontrol

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发表于：2010-12-15 14:24:56
16楼

最近查资料时,无意看到对这个参数的解释,比较笼统,特汇总共享一下:

1.Electrical Time Constant is time it takes for motor value to reach 63% of its final current after a step change
in voltage.



2.Thermal Time Constant is time it takes for motor temperature to reach 63% of its final value after a step
change in power.



3.Mechanical time constant [ms] is the time required for the rotor to accelerate from standstill to 63% of its no-load speed.

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伺服小Y

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发表于：2014-11-29 23:08:44
17楼

很久以前的帖子了，不过还是想说两句。

机械时间常数的定义中“.Mechanical time constant [ms] is the time required for the rotor to accelerate from standstill to 63% of its no-load speed.”说的阶跃响应，应该是在不附加任何控制器的条件下，直接从电机测出来的。简单的说，就是直接跟电机加一个电压，然后从得出的响应曲线中获取这个值。大家可以在matlab中仿真一下，在任何电压输入下，得出的值是一样的。

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混世魔王

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发表于：2017-06-06 17:17:00
18楼

看完受益良多，各位大侠如今在何处，论坛今非昔比

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