伺服電機選型時，為什么要慣量匹配？

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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？

cunzhang3000

復制黏貼也要花心思

oldpipe

物理本質，無非牛頓第二定律 F=M*a。

拼搏人生

學習了

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那是

菜鳥科學

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丹東液壓

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機械仔小k

好東西，這對于我們之后選電機有很大的幫助

空想1990

謝謝分享

yuanrong

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