引语：即刻解密科尔摩根运动控制技术，如何优化电机传动系统的谐振！
长久以来，科尔摩根始终致力于：用高精度的运动控制系统，解决客户艰巨挑战，助力创新者实现技术创新和产品差异化。随着工业技术的快速发展，传动系统被广泛应用于各种设备中。在很多传动系统中都存在一定的谐振现象在调试自控系统时，技术人员往往会通过增大比例增益来获得系统的高频响应能力。当比例增益增大至特定数值后，系统就会响应混乱，输出也不受输入控制。传动系统的谐振主要表现为：电机引起的传动件高频抖动，同时伴随刺耳噪音。
谐振的研判与"诊治"
针对传动系统出现的谐振现象，如何做出正确研判，进而有效诊治？
科尔摩根运动控制专家建议采用与中医四疗法类似的方法：
望：以眼睛观察传动件是否存在抖动现象，或通过示波器采集位置、速度、电流等数据，观察这些数据拟合的曲线是否存在明显波动。
闻：用耳朵聆听，感受传动系统是否发出"嗡嗡"、"嗯嗯"等持续不断的奇异噪音。
切：当系统抖动不明显时，可用手触摸设备，感受设备是否存在频率近乎恒定的振动。
问：通过询问接触过或操作设备的人，之前设备是否出现过类似情况，是在什么操作下产生的谐振。清楚"病情"方可"对症下药"，大大减少整治谐振的时间，从而提高工作效率。
如何避免谐振
很多时候，系统的谐振是无法"诊治"的，也就是所谓的快速性和稳定性不可兼得。虽然系统的谐振难以"诊治"，我们却可以在设计系统时将谐振因素考虑在内，从根源上摆脱、减小甚至避免谐振对系统的影响。以图1传动模型进行分析：
图1 传动系统模型
由简易机械系统（质量-弹簧-阻尼器）的模型
得出图1传动系统的方框图（图二）：
图2 传动系统框图
不难看出: ，A=s^2 P，V=sP
接下来，分析谐振源-电机的传递函数：
传动阻尼C一般比较小，为了便于分析可忽略传动阻尼的影响，从而得出：
图3 电机-负载频率特性图
由图3可看出，系统最高响应频率被反谐振频率所限制。要想获得更高带宽（系统响应频率），只能提高反谐振频率。
科尔摩根谐振解决方案
（1）增大刚度
图4 传统的传动系统
如图4传统的传动系统所示，刚度为：
从刚度公式可以看出，要想增大刚度，只能缩短传动链，于是直驱概念应运而生：将电机和负载通过同一根轴连接，省掉联轴器、变速箱以及丝杠，提高能量使用效率的同时，也增大加了系统的传动刚度。
然而，直驱电机并非简单地通过改变绕组形式增大转矩减小转速，而需要再同时实现高转矩和高转速。科尔摩根直驱电机采用先进的电磁设计，与同行相比，转矩密度更大，转矩脉动更小，可达转速更高，显著提高系统刚度。
图5 科尔摩根直驱方案
（2）减小负载惯量
可通过高转速电机加减速机的方式，有效减小负载惯量对电机的影响。由以下公式计算负载反映到电机端的惯量：
与直驱方案对比，减速机方案减小了负载反映到电机端的惯量，却降低了系统的刚度。与同行相比，科尔摩根AKM伺服电机转速更高（高达8000RPM），功率密度更大，转矩脉动更小。与减速机搭配使用，能够显著减少负载惯量的同时，确保系统刚性。
图5 科尔摩根减速机方案
（3）先进的电机控制器
不管是直驱方案，还是减速机方案，一旦系统形成就很难更改，这时候系统性能提升只能由软件实现了。如图6所示，电机与负载仅为整个伺服系统的一部分（紫色段），我们还能通过修改控制参数进行系统优化（绿色段）。
图6 伺服系统框图
科尔摩根AKD 伺服驱动器凭借业界更胜一筹的三环刷新频率（电流环（1.5Mhz）、速度环（16kHz）,、位置环（8kHz））使得定位控制更加迅速、精准。除了一般的PID算法之外，AKD 伺服驱动器自带四个高性能滤波器，可以将系统谐振频段衰减掉从而抑制谐振。
同步搭载科尔摩根workbench调试软件，可以轻松满足你对运动控制的苛刻要求。如图7示波器所示，可以实时监控电机的时域响应（位置-时间、速度-时间、电流-时间等），便于伺服参数优化；图8所示的高性能调谐器能提供系统详细的频域响应信息，一键调谐，让你轻松解决运动控制中的整定难题。
图7 示波器 图8 调谐器
你的出色合作伙伴
科尔摩根拥有丰富的运动控制解决方案、专业的协同设计能力、功能强大的调试软件，可帮助客户打造既满足高动态、高性能系统需求又能充分减少谐振的传动系统，让客户在激烈的市场竞争中赢得优势。同时出色的运动控制产品性能及品质，保障了设备的长生命周期，降低设备综合成本，助力客户的长期发展。
