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　　隨著工業技術的快速發展，傳動系統被廣泛應用于各 種設備中，但在很多傳動系統中都存在一定的諧振現象。 在調試自控系統時，技術人員往往會通過增大比例增益來 獲得系統的高頻響應能力。當比例增益增大至特定數值 后，系統就會響應混亂，輸出也不受輸入控制。傳動系統 的諧振主要表現為：電機引起的傳動件高頻抖動，同時伴 隨刺耳噪音。

　　1 諧振的研判與“診治”

　　針對傳動系統出現的諧振現象，應如何做出正確研 判，進而有效診治呢?

　　科爾摩根運動控制專家建議采用與中醫四療法類似的 方法來處理：

　　? 望：以眼睛觀察傳動件是否存在抖動現象，或通過 示波器采集位置、速度、電流等數據，觀察這些數據擬合 的曲線是否存在明顯波動;

　　? 聞：用耳朵聆聽，感受傳動系統是否發出“嗡 嗡”、“嗯嗯”等持續不斷的奇異噪音;

　　? 切：當系統抖動不明顯時，可用手觸摸設備，感受 設備是否存在頻率近乎恒定的振動;

　　? 問：通過詢問接觸過或操作設備的人,之前設備是否 出現過類似情況，是在什么操作下產生的諧振。清楚“病 情”方可“對癥下藥”，大大減少整治諧振的時間，從而 提高工作效率。

　　2 如何避免諧振

　　很多時候，系統的諧振是無法“診治”的，也就是所 謂的快速性和穩定性不可兼得。雖然系統的諧振難以“診 治”，我們卻可以在設計系統時將諧振因素考慮在內，從 根源上擺脫、減小甚至避免諧振對系統的影響。

　　下面以圖1傳動模型進行分析。

　　圖 1 傳動系統模型

　　由簡易機械系統(質量 -彈簧 - 阻尼器)的模型：

　　得出圖1傳動系統的方框圖如圖2所示。

　　圖 2 傳動系統的方框圖

　　不難看出：

　　接下來，分析諧振源 - 電機的傳遞函數：

　　傳動阻尼C一般比較小，為了便于分析可忽略傳動阻 尼的影響，從而得出：

　　由圖3可看出：系統最高響應頻率被反諧振頻率所限 制。要想獲得更高帶寬(系統響應頻率)，只能提高反諧 振頻率。

　　圖 3 電機 - 負載頻率特性圖

　　3 科爾摩根諧振解決方案

　　從上述反諧振頻率：

　　可以看出，可從增大剛度和減小負載慣量兩方面著 手。

　　(1)增大剛度

　　圖 4 傳統的傳動系統

　　如圖4中的傳統傳動系統所示，剛度為：

　　從剛度公式可以看出，要想增大剛度，只能縮短傳動 鏈，于是直驅概念應運而生：將電機和負載通過同一根軸 連接，省掉聯軸器、變速箱以及絲杠，提高能量使用效率 的同時，也增大加了系統的傳動剛度。

　　然而，直驅電機并非簡單地通過改變繞組形式增大 轉矩減小轉速， 而需要再同時實現高轉矩和高轉速。科 爾摩根直驅電機采用先進的電磁設計， 與同行相比， 轉 矩密度更大， 轉矩脈動更小， 可達轉速更高， 顯著提高 系統剛度。

　　有框直驅力矩電機

　　無框直驅力矩電機

　　無鐵芯直線電機

　　有鐵芯直線電機

　　圖 5 科爾摩根直驅方案

　　圖 6 科爾摩根減速機方案

　　(2)減小負載慣量

　　可以通過高轉速電機加減速機的方式，有效減小負載 慣量對電機的影響。由以下公式計算負載反映到電機端的 慣量：

　　與直驅方案對比，減速機方案減小了負載反映到電機 端的慣量，卻降低了系統的剛度。與同行相比，科爾摩根 AKM伺服電機轉速更高(高達8000RPM)，功率密度更 大，轉矩脈動更小。與減速機搭配使用，能夠顯著減少負載慣量的同時，確保系統剛性。

　　(3)先進的電機控制器

　　不管是直驅方案，還是減速機方案，一旦系統形成

　　就很難更改， 這時候系統性能提升只能由軟件實現了。

　　如圖7所示，電機與負載僅為整個伺服系統的一部分(紫

　　色段) ， 我們還能通過修改控制參數進行系統優化(綠

　　色段)。

　　科爾摩根AKD伺服驅動器憑借業界更勝一籌的三環 刷新頻率(電流環(1 . 5Mhz)、速度環( 16kHz)、位置環 (8kHz)) 使得定位控制更加迅速、精準。除了一般的PID 算法之外，AKD伺服驅動器自帶四個高性能濾波器，可以 將系統諧振頻段衰減掉，從而抑制諧振。

　　同步搭載科爾摩根Wo r kBench 調試軟件，可以輕 松滿足用戶對運動控制的苛刻要求。示波器可以實時監 控電機的時域響應(位置 - 時間、速度 - 時間、電流 - 時間 等)，便于伺服參數優化;高性能調諧器能提供系統詳細 的頻域響應信息，一鍵調諧，讓用戶輕松解決運動控制中 的整定難題。

　　科爾摩根擁有豐富的運動控制解決方案、專業的協同 設計能力、功能強大的調試軟件，可幫助客戶打造既滿足 高動態、高性能系統需求又能充分減少諧振的傳動系統， 讓客戶在激烈的市場競爭中贏得優勢。同時科爾摩根出色 的運動控制產品性能及品質，保障了設備的長生命周期， 降低設備綜合成本，助力客戶的長期發展。

　　圖 7 伺服系統框圖