機械社區
標題: 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。本文權且作淺學術層面的定性探討，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與電機轉子的慣量JM比值小于一個經驗閾值。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“應用人員與伺服產品之優秀功能的笑與淚”，有這樣一句話：“自整定是伺服驅動器對負載慣量進行了解，然后存入伺服驅動器，調試者只要調整速度環和位置環參數就可以了”。從這句話可以看出現行大多數伺服驅動器大致的參數整定原理：驅動器需要知道負載慣量比(外部等效負載慣量/電機轉子慣量)，接著根據這個比值載入出廠預設的電流環全部參數、速度環和位置環的部分參數，然后調試者調整速度環和位置環的相關參數(一般是PI參數)。由上分析可以看出，負載慣量比對伺服驅動器的參數整定是一個很重要的參數。
我們再來看第三篇文章“伺服系統慣量辨識及諧振抑制方法研究_李杰碩士論文”，有一段敘述（為保持行文風格一致，對原文做了適當改寫）：“在實際工程應用中，人們還常常通過調節伺服系統機械結構參數來避免或削弱諧振現象。減小負載慣量比，則傳動柔性對系統的影響越小。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諧振方程的開環Bode圖的影響，可以看出增加電機轉動慣量可以明顯降低諧振點諧振幅值，提高伺服系統穩定性。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三環控制在參數整定時，往往是憑經驗，而且永遠沒有最優參數組合。這說明，一組合適的PID參數對機械結構參數在一定范圍內變化具備魯棒性，或者說具有一定的穩定裕度。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/電機轉子慣量的值越小，相應的的一組合適的PID參數的適應范圍就越大。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/電機轉子慣量的值越大，相應的一組合適的PID參數越靠近適應范圍的邊緣。我把這個稱為“邊緣效應”。那進一步深挖，電機轉子的慣量跟這個PID參數是怎么發生聯系的呢？我們知道，直觀上來講，電機轉子慣量越小，電機越細長；慣量越大，電機越扁粗。在額定功率相同、極對數相同、轉子慣量不同的電機在輸出相同力矩的情況下，轉子慣量大的電機，繞組電流越小(由簡單的理論力學和電磁學知識即可理解)。然后，在結合第二篇文章，電流環參數在三環參數里面影響是占主導位置的。繞組電流的減小，減弱了電流環對整個三環的影響。那么，現在應該明白“慣量匹配”是怎么回事了吧？
另外，關于抱閘慣量應該記在電機轉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、 應用人員與伺服產品之優秀功能的笑與淚，山龍科技
3、 李杰，伺服系統慣量辨識及諧振抑制方法研究，哈爾濱工業大學
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，要做一個旋轉角度精確到0.002度的裝置，能否實現
作者: WUHANLIST 時間: 2016-5-5 22:15
標題: 機器設計中伺服電機及驅動器的選型
本帖最后由 WUHANLIST 于 2016-5-5 22:26 編輯
機器設計中伺服電機及驅動器的選型
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，，我們公司現在也在搞這個，異性件的，現在正在樣機組裝，
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，在開發，現在就上展會了
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 22:47
我是去年來深圳，來現在這公司打雜學習的，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
插件機我們主設計一個，老板自己負責電器控制系統設計，視覺，電機控制這方面蠻厲害，在環球做過，然后軟件方面兩個工程師
作者: 安身立命 時間: 2016-5-5 23:01
大俠都自己當老板了，還要調戲我等
作者: WUHANLIST 時間: 2016-5-5 23:08
環球在這方面不錯
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，同時插件數量應該在4個左右吧，和JUKI的差不多，應該還有一部分展會上沒推出來
環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
我們公司現在考慮做機器人這塊，先來學習一下，有想法的大俠可以跟我聯系啊
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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