引語(yǔ)：即刻解密科爾摩根運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，如何優(yōu)化電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的諧振！
長(zhǎng)久以來(lái)，科爾摩根始終致力于：用高精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，解決客戶艱巨挑戰(zhàn)，助力創(chuàng)新者實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品差異化。隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中。在很多傳動(dòng)系統(tǒng)中都存在一定的諧振現(xiàn)象在調(diào)試自控系統(tǒng)時(shí)，技術(shù)人員往往會(huì)通過增大比例增益來(lái)獲得系統(tǒng)的高頻響應(yīng)能力。當(dāng)比例增益增大至特定數(shù)值后，系統(tǒng)就會(huì)響應(yīng)混亂，輸出也不受輸入控制。傳動(dòng)系統(tǒng)的諧振主要表現(xiàn)為：電機(jī)引起的傳動(dòng)件高頻抖動(dòng)，同時(shí)伴隨刺耳噪音。
諧振的研判與"診治"
針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)的諧振現(xiàn)象，如何做出正確研判，進(jìn)而有效診治？
科爾摩根運(yùn)動(dòng)控制專家建議采用與中醫(yī)四療法類似的方法：
望：以眼睛觀察傳動(dòng)件是否存在抖動(dòng)現(xiàn)象，或通過示波器采集位置、速度、電流等數(shù)據(jù)，觀察這些數(shù)據(jù)擬合的曲線是否存在明顯波動(dòng)。
聞：用耳朵聆聽，感受傳動(dòng)系統(tǒng)是否發(fā)出"嗡嗡"、"嗯嗯"等持續(xù)不斷的奇異噪音。
切：當(dāng)系統(tǒng)抖動(dòng)不明顯時(shí)，可用手觸摸設(shè)備，感受設(shè)備是否存在頻率近乎恒定的振動(dòng)。
問：通過詢問接觸過或操作設(shè)備的人，之前設(shè)備是否出現(xiàn)過類似情況，是在什么操作下產(chǎn)生的諧振。清楚"病情"方可"對(duì)癥下藥"，大大減少整治諧振的時(shí)間，從而提高工作效率。
如何避免諧振
很多時(shí)候，系統(tǒng)的諧振是無(wú)法"診治"的，也就是所謂的快速性和穩(wěn)定性不可兼得。雖然系統(tǒng)的諧振難以"診治"，我們卻可以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)將諧振因素考慮在內(nèi)，從根源上擺脫、減小甚至避免諧振對(duì)系統(tǒng)的影響。以圖1傳動(dòng)模型進(jìn)行分析：
圖1 傳動(dòng)系統(tǒng)模型
由簡(jiǎn)易機(jī)械系統(tǒng)（質(zhì)量-彈簧-阻尼器）的模型
得出圖1傳動(dòng)系統(tǒng)的方框圖（圖二）：
圖2 傳動(dòng)系統(tǒng)框圖
不難看出: ，A=s^2 P，V=sP
接下來(lái)，分析諧振源-電機(jī)的傳遞函數(shù)：
傳動(dòng)阻尼C一般比較小，為了便于分析可忽略傳動(dòng)阻尼的影響，從而得出：
圖3 電機(jī)-負(fù)載頻率特性圖
由圖3可看出，系統(tǒng)最高響應(yīng)頻率被反諧振頻率所限制。要想獲得更高帶寬（系統(tǒng)響應(yīng)頻率），只能提高反諧振頻率。
科爾摩根諧振解決方案
。1）增大剛度
圖4 傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)
如圖4傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)所示，剛度為：
從剛度公式可以看出，要想增大剛度，只能縮短傳動(dòng)鏈，于是直驅(qū)概念應(yīng)運(yùn)而生：將電機(jī)和負(fù)載通過同一根軸連接，省掉聯(lián)軸器、變速箱以及絲杠，提高能量使用效率的同時(shí)，也增大加了系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。
然而，直驅(qū)電機(jī)并非簡(jiǎn)單地通過改變繞組形式增大轉(zhuǎn)矩減小轉(zhuǎn)速，而需要再同時(shí)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)速？茽柲Ω彬(qū)電機(jī)采用先進(jìn)的電磁設(shè)計(jì)，與同行相比，轉(zhuǎn)矩密度更大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小，可達(dá)轉(zhuǎn)速更高，顯著提高系統(tǒng)剛度。
圖5 科爾摩根直驅(qū)方案
。2）減小負(fù)載慣量
可通過高轉(zhuǎn)速電機(jī)加減速機(jī)的方式，有效減小負(fù)載慣量對(duì)電機(jī)的影響。由以下公式計(jì)算負(fù)載反映到電機(jī)端的慣量：
與直驅(qū)方案對(duì)比，減速機(jī)方案減小了負(fù)載反映到電機(jī)端的慣量，卻降低了系統(tǒng)的剛度。與同行相比，科爾摩根AKM伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速更高（高達(dá)8000RPM），功率密度更大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小。與減速機(jī)搭配使用，能夠顯著減少負(fù)載慣量的同時(shí)，確保系統(tǒng)剛性。
圖5 科爾摩根減速機(jī)方案
。3）先進(jìn)的電機(jī)控制器
不管是直驅(qū)方案，還是減速機(jī)方案，一旦系統(tǒng)形成就很難更改，這時(shí)候系統(tǒng)性能提升只能由軟件實(shí)現(xiàn)了。如圖6所示，電機(jī)與負(fù)載僅為整個(gè)伺服系統(tǒng)的一部分（紫色段），我們還能通過修改控制參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化（綠色段）。
圖6 伺服系統(tǒng)框圖
科爾摩根AKD 伺服驅(qū)動(dòng)器憑借業(yè)界更勝一籌的三環(huán)刷新頻率（電流環(huán)（1.5Mhz）、速度環(huán)（16kHz）,、位置環(huán)（8kHz））使得定位控制更加迅速、精準(zhǔn)。除了一般的PID算法之外，AKD 伺服驅(qū)動(dòng)器自帶四個(gè)高性能濾波器，可以將系統(tǒng)諧振頻段衰減掉從而抑制諧振。
同步搭載科爾摩根workbench調(diào)試軟件，可以輕松滿足你對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的苛刻要求。如圖7示波器所示，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的時(shí)域響應(yīng)（位置-時(shí)間、速度-時(shí)間、電流-時(shí)間等），便于伺服參數(shù)優(yōu)化；圖8所示的高性能調(diào)諧器能提供系統(tǒng)詳細(xì)的頻域響應(yīng)信息，一鍵調(diào)諧，讓你輕松解決運(yùn)動(dòng)控制中的整定難題。
圖7 示波器 圖8 調(diào)諧器
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科爾摩根擁有豐富的運(yùn)動(dòng)控制解決方案、專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)能力、功能強(qiáng)大的調(diào)試軟件，可幫助客戶打造既滿足高動(dòng)態(tài)、高性能系統(tǒng)需求又能充分減少諧振的傳動(dòng)系統(tǒng)，讓客戶在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得優(yōu)勢(shì)。同時(shí)出色的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品性能及品質(zhì)，保障了設(shè)備的長(zhǎng)生命周期，降低設(shè)備綜合成本，助力客戶的長(zhǎng)期發(fā)展。