在某文中提到：
在伺服系統選型及調試中，常會碰到慣量問題。其具體表現為：
在伺服系統選型時，除考慮電機的扭矩和額定速度等等因素外，我們還需要先計算得知機械系統換算到電機軸的慣量，再根據機械的實際動作要求及加工件質量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機；在調試時，正確設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前提。此點在要求高速高精度的系統上表現尤為突出，這樣，就有了慣量匹配的問題。
一、什么是“慣量匹配”？
1、根據牛頓第二定律：“進給系統所需力矩T = 系統傳動慣量J × 角加速度θ角”。 加速度θ影響系統的動態特性，θ越小，則由控制器發出指令到系統執行完畢的時間越長，系統反應越慢。如果θ變化，則系統反應將忽快忽慢，影響加工精度。由于馬達選定后最大輸出T值不變，如果希望θ的變化小，則J應該盡量小。 2、進給軸的總慣量“J＝伺服電機的旋轉慣性動量JM ＋ 電機軸換算的負載慣性動量JL。 負載慣量JL由（以平面金切機床為例）工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯軸器等直線和旋轉運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成。 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則隨工件等負載改變而變化。如果希望J變化率小些，則最好使JL所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量匹配”。
二、“慣量匹配”如何確定？
傳動慣量對伺服系統的精度，穩定性，動態響應都有影響。 慣量大，系統的機械常數大，響應慢，會使系統的固有頻率下降，容易產生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應速度，慣量的適當增大只有在改善低速爬行時有利，因此，機械設計時在不影響系統剛度的條件下，應盡量減小慣量。
衡量機械系統的動態特性時，慣量越小，系統的動態特性反應越好；慣量越大，馬達的負載也就越大，越難控制，但機械系統的慣量需和馬達慣量相匹配才行。 不同的機構，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現。 不同的機構動作及加工質量要求對JL與JM大小關系有不同的要求，但大多要求JL與JM的比值小于十以內。一句話，慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點及加工質量要求來確定。 對于基礎金屬切削機床，對于伺服電機來說，一般負載慣量建議應小于電機慣量的5倍。
慣量匹配對于電機選型很重要的，同樣功率的電機，有些品牌有分輕慣量，中慣量，或大慣量。其實負載慣量最好還是用公式計算出來。常見的形體慣量計算公式在以前學的書里都有現成的（可以去查機械設計手冊）。
我們曾經做過一試驗，在一伺服電機的軸伸，加一大的慣量盤準備用來做測試，結果是：伺服電機低速時停不住，搖頭擺尾，不停地振蕩怎么也停不下來。
后來改為：在兩個伺服電機的軸伸對接加裝聯軸器，對其中一個伺服電機通電，作為動力即主動，另一個伺服電機作為從動，即做為一個小負載。原來那個搖頭擺尾的伺服電機，啟動、運動、停止，運轉一切正常！
看了那文我把我嚇一跳，因為我們所設計的執行機構難以滿足JL與JM的比值關系，利用步進電機+減速器去驅動某慣量負載去執行某個動作，最大是慣量將近700Kg*m^2，減速器的速比大概為60，那么折算到電機軸上為0.19kgm^2，通常的選用的步進電機的JM為1e-6~1e-5kg*m^2，按不同的機構動作及加工質量要求對JL與JM大小關系有不同的要求，但大多要求JL與JM的比值小于十以內的說法，這樣設計會有問題，不知道是否是真的，還沒有做試驗呢。
雖然那文中說的是伺服系統，但步進電機控制運動也類似于伺服系統，只不過快速響應沒有那么高的要求，通常都是慢啟動，而且最終的運動轉速都很小的，通常小于10rpm。不知道是否有人了解這方面的問題的？ | 
發表于 2009-8-18 20:37:40
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