一、引言
近年來，交流伺服驅動系統的應用越來越廣泛。交流伺服系統的性能日漸提高，價格日趨合理。與步進驅動系統相比，伺服驅動系統自帶編碼器，可以反饋位置信號，精度更高，不存在丟步的現象；伺服驅動為恒轉矩控制，步進驅動為恒功率控制，隨著轉速升高，步進電機輸出的扭力迅速衰減，伺服驅動不存在上述情況，在0到額的轉速之間，都可以輸出額定扭矩，因此伺服驅動可以應用于高速場合。
二、應用環境
某工廠生產數字彈簧機設備，采用步進驅動系統，加工速度最大為150個工件/分鐘。為了提高加工速度，與深圳市研控自動化科技有限公司合作，采用研控公司的交流伺服驅動系統改造現有設備。試驗機型為兩軸電腦壓簧機，改造后參數如表1所示：
| 線徑 | Φ0.15~1.0mm |
| 外徑 | Φ20mm |
| 最大送線速度 | 150m/min |
| 最大送線長度 | 無限 |
| 加工速度 | 500工件/min |
| 送線指令 | ±0.1~±9999.99 |
| 凸輪指令 | ±0.1°~±359.9° |
改造前，加工速度只有150工件/分鐘，改造后的加工速度達到了500工件/分鐘，速度提高330%以上，而由改造帶來的總成本的增加不足1%，極大的提高了產品的性價比。
三、伺服驅動系統選型
原設備使用的是研控YKA2811MA細分步進驅動器和YK110HB115-06A步進電機。步進電機參數如表2所示：
| 型號 |
步距角 ( °) |
電機長度 (mm) |
保持轉矩 (N.m) |
額定電流 (A) |
轉子慣量 (g.cm2) |
電機重量 (Kg) |
| YK110HB150-06A | 1.8 | 150 | 21 | 6 | 10900 | 6 |
要替代現有電機，首先替換后電機的轉矩要達到現有電機的水平。由上表中數據可知，步進電機的保持轉矩為21N.m，但是不必選擇額定轉矩為21N.m的交流伺服電機替代步進電機。步進電機的保持轉矩是電機轉速為0時的轉矩，是步進電機能夠達到的最大轉矩，隨著轉速的升高，步進電機輸出的扭矩將衰減，步進電機矩頻曲線如圖2所示。而交流伺服電機的特性是在0到額定轉速之間，電機的扭矩恒定不變。設備的實際負載小于6N.m。
其次，選型速度。設備由共有兩軸——切刀軸和送線軸。切刀軸通過凸輪帶動切刀，每轉一周，加工一個工件，切刀軸轉速在500r/min左右；送線軸每轉送線長度為144mm，要達到150m/min的送線速度，要求送線軸電機轉速為1042r/min。
另外，慣量選型。負載慣量與電機慣量的比值稱為慣量比。慣量比的大小影響系統的起停性能。設備工作狀態為頻繁起停，每加工一個工件就有一個啟動停止過程。當加工速度達到最大值時，電機每分鐘起停500次。為了獲得良好的起停性能，慣量比應選擇小一些，本次選擇在3：1左右。
根據以上規則，選擇驅動器型號YKPSDD_10A5D，電機參數如表3所示。由于司伺服電機帶有光電編碼器，所以電機長度有所增加。編碼器精度為2500線，驅動器內部經過4倍頻，使得伺服的脈沖當量為0.036°，是步進電機的50倍。
表3：
| 型號 | 電機長度(mm) |
額定轉速 (r/min) |
額定轉矩 (N.m) |
額定電流 (A) |
推薦廠商
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