伺服装置性能指标

L伺服驱动系统性能测试装置

验证哪些技术/用途：

依据中国机械行业标准，通过检测伺服驱动系统性能指标，从而对伺服驱动系统的性能进行评价。

♦额定输出容量

伺服装置在额定负载、额定转速下工作，伺服单元在长期连续运行(约lh)而不发生过热报警的状态下连续输出的最大功率称为额定输出容量，依据测量伺服单元的输出电压U和输出电流I,设额定输出容量P,则：

即P=U*I,…

(1)测试方法：

给定额定转速和额定负载转矩，在伺服运行1小时后若无报警，测量出伺服单元输出电压U和输出电流I,根据式

(1)计算，测试结束；♦转速变化率

伺服系统在某一给定转速下，负载由空载增加到连续工作区中规定的该转速下最大负载时，其转速变化的相对值称为转速变化率S,它是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。用百分数表示：

S(%)=(nO-nl)/no……

(2)(式中，nO为空载下的稳态转速，nl为负载下的稳态转速)

测试方法：

在最低转速指令下读取其空载转速为nO,然后逐渐增加负载直至该转速下允许的最大负载值，测得此时转速nl,根据式

(2)计算；♦调速范围

调速范围D是指伺服系统在调速系统下，当电动机转轴上施加最高转速时允许的最大负载且转速变化率S不大于规定值时，电动机能达到的最高转速最低转速n

minxxo用如下公式计算:

D=

电机所能达到的最高转速和最低转速)

测试方法：

给定额定转速和额定转矩，测得最大转速和最小转速，根据式

(3)计算；n

maxn

max和/n

min

(3)(式中，n

max和n

min是.电压变化的稳速精度

伺服系统在额定转速、规定负载条件下连续运行时，当电源电压变化时，电动机实测转速与额定转速间最大差值的绝对值与额定转速的百分比叫做电压变化的稳速精度6。计算公式为：

6(%)=((Ni-Ne)/Ne)*100%……

(4)(式中，Ni

为实测转速，Ne为额定转速)

测试方法：

将伺服单元的输入电压调到额定值的110%,每隔1分钟，计算一次实际速

度，计算3次，求平均值，得到实际转速N1,然后将伺服单元的的输入电压调到额定值的85%,每隔1分钟，计算一次实际速度，计算3次，求平均值，得到实际转速N2,取|Nl-Ne|和|N2-Ne|的最大值，根据式

(4)计算；♦稳定性

它表示伺服系统抵抗转矩负载扰动的能力。一般以系统稳定运行中突加阶跃负载F后的动态过程作为典型的扰动过程。稳定性通过动态速降和恢复时间来评价。

图1突加负载的时间响应曲线

动态速降当伺服系统稳态运行时，对电动机突加转矩负载后引起的转速最大降落nWln

max与原稳态值n

W1的比叫动态降落。计算如下：

Z(%)=n

max/

(5)

恢复时间在新的稳态值附近取原稳态值的正负1%为允许误差带，从阶跃扰动作用tl开始到转速基本恢复稳态，进入并不再超出误差带的所需最小时间定义为恢复时间，用tf表示，从新的稳态时刻起查找第一次反馈转速超出误差带的时间t2及转矩加载的时刻tl,则tf计算如下：

tf=t2-tl……

(6)测试方法：

被测伺服系统在空载、0.5倍额定转速下稳定运行，计算此时稳态转速，然后突加0.5倍额定转矩负载，按图1所示的方法查找转速最大降落n

max,计算新的稳态转速和并按式

(5)和式

(6)分别计算动态降落和恢复时间；

♦跟随性

在给定信号变化作用下伺服系统的转速输出量变化的情况用跟随性指标来描述，在给定信号阶跃变化的过渡过程又称阶跃响应。由下面三个指标来表示(如

图2所示)：

上升时间tr：

表示转速输出量从零起第一次上升到稳态值nw的90%所经历的时间，它表示动态响应的快速性。

超调量6

表示转速输出量超出稳态值的最大转速差(

之比，它反映伺服装置的相对稳定性，即n

max・nw)与稳态值nw

⑺。

(%)(n

maxn

w)/nw调节时间：

在阶跃响应曲线稳态值附近取稳态值的正负5%范围作为允许误差带，以响应曲线达到并不再超出该误差带的所需最小时间定义为调节时间，又称过渡过程时间。它用来衡量系统的整个调节过程的快慢。

图2阶跃输入的时间响应

测试方法：

使伺服电机在空载零转速状态下运行，输入某一转速指令的阶跃信号，根据图

2所示的方法和式

（7）计算出上升时间、超调量和调节时间。改变伺服电机的转速方向，重复上述测试；

♦正反转速差

空载条件下，输入额定转速的正、反转速指令，测量正、反转速New、Neew,根据式

（8）计算正反转速：

△n=|Ncw-Nccw|/（Ncw+Nccw）*100%

（8）（式中，New、Neew为正、反转速）；

♦静态刚度

具有位置闭环的伺服装置处于空载零速工作状态，对电动机轴端的正转方向

或反转方向施加连续转矩TO,同时测出轴的转角偏移量，则静态刚度

=T0/……

（9）

测试方法：

使具有位置控制的伺服装置处于空载零速状态，用高分辨率高精度轴角传感器检测电动机轴角位置，选定此时的电动机轴角为参考零位。当对电动机施加正、反向转矩，转矩达到电动机连续工作区规定的最大转矩后，测量电

动机轴角位置对参考零位的偏移量，按式

（9）计算静态刚度。试验位置至少应任取三点，正向和反向共测量六组数据，求平均值;

♦伺服电动机连续堵转转矩、连续堵转电流电机堵转时输出的最大转矩和电流。

测试方法：