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標題: 伺服電機選型時,為什么要慣量匹配? [打印本頁]

作者: 0377zjp    時間: 2017-1-12 16:30
標題: 伺服電機選型時,為什么要慣量匹配?


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?



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感謝分享
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謝謝分享
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謝謝分享
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曉得
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學(xué)習(xí)
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學(xué)習(xí)了
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