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標(biāo)題: 伺服電機選型時，為什么要考慮慣量匹配? [打印本頁]
作者: huwangning 時間: 2016-5-5 21:22
標(biāo)題: 伺服電機選型時，為什么要考慮慣量匹配?
首先申明一點，關(guān)于這個問題，每個人的理解或理解的角度不同，做出的解釋可能不盡相同，甚至是完全相反。本文權(quán)且作淺學(xué)術(shù)層面的定性探討，看作自圓其說也罷。如有不同看法，請在評價或跟帖時理清思路，或給我私信，本人樂于接受批評指正。如思路不清或說了一通，卻跟問題的本質(zhì)不沾邊，本人一概不予理會。
所謂“慣量匹配”，是指為了在伺服控制律層面更好地控制電機(尤其是外部負載會發(fā)生變化的場合)，要求外部負載折算到電機軸的慣量JL與電機轉(zhuǎn)子的慣量JM比值小于一個經(jīng)驗閾值。很明顯地，從電機輸出扭矩的角度來說，外部負載慣量(考慮到減速比，折算到電機軸)、電機轉(zhuǎn)子慣量還有抱閘慣量都屬于扭矩需要帶動的負載，那么同樣都屬于負載，為什么需要對外部負載與電機轉(zhuǎn)子的負載慣量比JL/JM作為要求呢？
在百度文庫“伺服電機慣量問題”一文中，有這樣一句話：“JM為伺服電機轉(zhuǎn)子慣量，伺服電機選定后，此值就為定值；而JL則可能隨工件等負載而變化。如果希望總慣量J變化率小些，則最好使JL所占比例小些。”這句話只是給出了一個結(jié)論性的東西，至于個中原因，需要進一步挖掘。
再來看另一篇文章“應(yīng)用人員與伺服產(chǎn)品之優(yōu)秀功能的笑與淚”，有這樣一句話：“自整定是伺服驅(qū)動器對負載慣量進行了解，然后存入伺服驅(qū)動器，調(diào)試者只要調(diào)整速度環(huán)和位置環(huán)參數(shù)就可以了”。從這句話可以看出現(xiàn)行大多數(shù)伺服驅(qū)動器大致的參數(shù)整定原理：驅(qū)動器需要知道負載慣量比(外部等效負載慣量/電機轉(zhuǎn)子慣量)，接著根據(jù)這個比值載入出廠預(yù)設(shè)的電流環(huán)全部參數(shù)、速度環(huán)和位置環(huán)的部分參數(shù)，然后調(diào)試者調(diào)整速度環(huán)和位置環(huán)的相關(guān)參數(shù)(一般是PI參數(shù))。由上分析可以看出，負載慣量比對伺服驅(qū)動器的參數(shù)整定是一個很重要的參數(shù)。
我們再來看第三篇文章“伺服系統(tǒng)慣量辨識及諧振抑制方法研究_李杰碩士論文”，有一段敘述（為保持行文風(fēng)格一致，對原文做了適當(dāng)改寫）：“在實際工程應(yīng)用中，人們還常常通過調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)參數(shù)來避免或削弱諧振現(xiàn)象。減小負載慣量比，則傳動柔性對系統(tǒng)的影響越小。通過實驗給出了相同外部負載慣量條件下，選擇不同電機慣量對伺服系統(tǒng)諧振方程的開環(huán)Bode圖的影響，可以看出增加電機轉(zhuǎn)動慣量可以明顯降低諧振點諧振幅值，提高伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性。但增大電機慣量通常意味著選用更大型號的電機和驅(qū)動器，該方法常常帶來工程成本的增加。”這篇文章通過實驗的形式也給出了一個結(jié)論，那怎么樣來解釋其中的原因呢?
綜合第一和第三篇文章，我結(jié)合自己的理解，嘗試著從伺服控制律的層面來解釋。我們知道(不知道的，請自行腦補)，PID三環(huán)控制在參數(shù)整定時，往往是憑經(jīng)驗，而且永遠沒有最優(yōu)參數(shù)組合。這說明，一組合適的PID參數(shù)對機械結(jié)構(gòu)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化具備魯棒性，或者說具有一定的穩(wěn)定裕度。那外部負載JL在總慣量J中的占比越小或者說外部等效負載慣量/電機轉(zhuǎn)子慣量的值越小，相應(yīng)的的一組合適的PID參數(shù)的適應(yīng)范圍就越大。反過來說，外部負載JL在總慣量J中的占比越大或者說外部等效負載慣量/電機轉(zhuǎn)子慣量的值越大，相應(yīng)的一組合適的PID參數(shù)越靠近適應(yīng)范圍的邊緣。我把這個稱為“邊緣效應(yīng)”。那進一步深挖，電機轉(zhuǎn)子的慣量跟這個PID參數(shù)是怎么發(fā)生聯(lián)系的呢？我們知道，直觀上來講，電機轉(zhuǎn)子慣量越小，電機越細長；慣量越大，電機越扁粗。在額定功率相同、極對數(shù)相同、轉(zhuǎn)子慣量不同的電機在輸出相同力矩的情況下，轉(zhuǎn)子慣量大的電機，繞組電流越小(由簡單的理論力學(xué)和電磁學(xué)知識即可理解)。然后，在結(jié)合第二篇文章，電流環(huán)參數(shù)在三環(huán)參數(shù)里面影響是占主導(dǎo)位置的。繞組電流的減小，減弱了電流環(huán)對整個三環(huán)的影響。那么，現(xiàn)在應(yīng)該明白“慣量匹配”是怎么回事了吧？
另外，關(guān)于抱閘慣量應(yīng)該記在電機轉(zhuǎn)子慣量里面還是記在外部等效負載慣量里面就不用我解釋了吧？
參考文獻：
1、 伺服電機慣量問題，百度文庫
2、 應(yīng)用人員與伺服產(chǎn)品之優(yōu)秀功能的笑與淚，山龍科技
3、 李杰，伺服系統(tǒng)慣量辨識及諧振抑制方法研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)
作者: yzm2014號 時間: 2016-5-5 21:26
不是很清楚
作者: 星-星 時間: 2016-5-5 21:55
請教樓主一個問題
用伺服電機，不帶減速機，要做一個旋轉(zhuǎn)角度精確到0.002度的裝置，能否實現(xiàn)
作者: WUHANLIST 時間: 2016-5-5 22:15
標(biāo)題: 機器設(shè)計中伺服電機及驅(qū)動器的選型
本帖最后由 WUHANLIST 于 2016-5-5 22:26 編輯
機器設(shè)計中伺服電機及驅(qū)動器的選型
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 22:25
大俠插件機研發(fā)咋樣了
作者: WUHANLIST 時間: 2016-5-5 22:34
本帖最后由 WUHANLIST 于 2016-5-9 11:07 編輯
展會效果不錯。很多國外客戶很感興趣。
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 22:38
是異性件的？插幾個元件的，，我們公司現(xiàn)在也在搞這個，異性件的，現(xiàn)在正在樣機組裝，
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 22:40
大俠速度好快啊，去年年底看你回復(fù)，在開發(fā)，現(xiàn)在就上展會了
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 22:47
我是去年來深圳，來現(xiàn)在這公司打雜學(xué)習(xí)的，小公司
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 22:51
本帖最后由 安身立命 于 2016-5-5 23:00 編輯
插件機我們主設(shè)計一個，老板自己負責(zé)電器控制系統(tǒng)設(shè)計，視覺，電機控制這方面蠻厲害，在環(huán)球做過，然后軟件方面兩個工程師
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 23:01
大俠都自己當(dāng)老板了，還要調(diào)戲我等
作者: WUHANLIST 時間: 2016-5-5 23:08
環(huán)球在這方面不錯
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 23:11
本帖最后由 安身立命 于 2016-5-5 23:17 編輯
看大俠機器的尺寸，同時插件數(shù)量應(yīng)該在4個左右吧，和JUKI的差不多，應(yīng)該還有一部分展會上沒推出來
環(huán)球我也是進這公司了才知道的，還有東莞的新澤谷，
作者: wo103838 時間: 2016-5-6 07:09
這個“慣量匹配”不會有很多不同觀點，那是因為沒搞明白。所謂“慣量匹配”是為了解決柔性傳遞，并不是電機選型的“私有物”。
作者: 楊冬冬 時間: 2016-5-6 08:34
好厲害啊
作者: gisheng 時間: 2016-6-2 11:15
能否發(fā)我一個，我也在選電機呢190768409@qq.com
作者: mlwan827 時間: 2016-6-2 11:31
我們公司現(xiàn)在考慮做機器人這塊，先來學(xué)習(xí)一下，有想法的大俠可以跟我聯(lián)系啊
作者: KevinChan 時間: 2016-6-2 22:37
恩恩
作者: 632643060 時間: 2018-3-29 09:29
感覺還不錯
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