伺服电机惯量匹配.doc

伺服电机惯量问题在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题其具体表现为： 在伺服系统选型时， 除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外， 我们还需要 先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量， 再根据机械的实际动作要求及加工件 质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机； 在调试时，正确设定惯量比参数 是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提 此点在要求高速高精度的系统上表 现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题一、什么是“惯量匹配”？1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T =系统传动惯量J X角加速度9 角” 加速度9影响系统的动态特性，9越小，则由控制器发出指令到系统执行 完毕的时间越长，系统反应越慢如果 9 变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加 工精度 由于马达选定后最大输出 T 值不变， 如果希望 9 的变化小， 则 J 应该尽 量小2、进给轴的总惯量“ J二伺服电机的旋转惯性动量JM +电机轴换算的 负载惯性动量JL负载惯量JL由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹 具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而 JL则随工件等负 载改变而变化。

如果希望 J 变化率小些，则最好使 JL 所占比例小些这就是通 俗意义上的“惯量匹配” 二、“惯量匹配”如何确定？ 传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响 惯量大，系统 的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了 伺服带宽， 影响了伺服精度和响应速度， 惯量的适当增大只有在改善低速爬行时 有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量 衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大， 马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行 不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现 不同的机 构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，但大多要求JL与JM 的比值小于十以内 一句话，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质 量要求来确定 对于基础金属切削机床，对于伺服电机来说，一般负载惯量建 议应小于电机惯量的 5 倍惯量匹配对于电机选型很重要的，同样功率的电机，有些品牌有分轻惯量， 中惯量，或大惯量 其实负载惯量最好还是用公式计算出来 常见的形体惯量计 算公式在以前学的书里都有现成的 （可以去查机械设计手册） 。

我们曾经做过一 试验，在一伺服电机的轴伸，加一大的惯量盘准备用来做测试，结果是：伺服电 机低速时停不住，摇头摆尾，不停地振荡怎么也停不下来 后来改为：在两个 伺服电机的轴伸对接加装联轴器，对其中一个伺服电机通电，作为动力即主动， 另一个伺服电机作为从动，即做为一个小负载原来那个摇头摆尾的伺服电机， 启动、运动、停止，运转一切正常！三、惯量的理论计算的功式？ 惯量计算都有公式，至于多重负载，比如齿轮又带齿轮，或涡轮蜗杆传动， 只要分别算出各转动件惯量然后相加即是系统惯量， 电机选型时建议根椐不同的 电机进行选配 负载的转动惯量肯定是要设计时通过计算算出来拉，如果没有 这个值，电机选型肯定是不那么合理的， 或者肯定会有问题的， 这是选伺服的最 重要的几个参数之一至于电机惯量，电机样本手册上都有标注 当然，对某 些伺服，可以通过调整伺服的过程测出负载的惯量， 作为理论设计中的计算的参 考毕竟在设计阶段， 很多类似摩擦系数之类的参数只能根据经验来猜， 不可能 准确 理论设计中的计算的公式：（仅供参考） 通常将转动惯量 J 用飞轮矩 GD2 来表示，它们之间的关系为J=mpA2= GDA2/4g式中m与G—转动部分的质量（kg）与重量（N）；D—惯性半径与直径（m）；g=9.81m/s2 —重力加速度飞轮惯量 =速度变化率 *飞轮距 /375当然，理论与实际总会有偏差的，有些地区（如在欧洲） ，一般是采用中间 值通过实际测试得到。

这样，相对我们的经验公式要准确一些不过，在目前还 是需要计算的，也有固定公式可以去查机械设计手册的四、关于摩擦系数？关于摩擦系数， 一般电机选择只是考虑一个系数加到计算过程中， 在电机调 整时通常都不会考虑不过，如果这个因素很大，或者讲，足以影响电机调整， 有些日系通用伺服， 据称有一个参数是用来专门测试的， 至于是否好用， 本人没 有用过，估计应该是好用的 有网友发贴说，曾有人发生过这样的情况：设计 时照搬国外的机器，机械部分号称一样，电机功率放大了 50%选型，可是电机转 不动因为样机的机械加工、装配的精度太差，负载惯量是差不多，可摩擦阻力 相差太多了，对具体工况考虑不周 当然，黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问 题 摩擦系数是不变值， 这点可以通过电机功率给予补偿， 但黏性阻尼是变值， 通过增大电机功率当然可以缓解， 但其实是不合理的 况且没有设计依据， 这个 最好是在机械状态上解决，没有好的机械状态，伺服调整完全是一句空话 还 有，黏性阻尼跟机械结构设计、 加工、装配等相关， 这些在选型时是必须考虑的 而且跟摩擦系数也是息息相关的，正是因为加工水平不够才造成的摩擦系数不 定，不同点相差较大， 甚至技术工人装配水平的差异也会导致很大的差异， 这些 在电机选型时必须要考虑的。

这样， 才会有保险系数， 当然归根结底还是电机功 率的问题五、惯量的理论计算后，微调修正的简单化 可能有些朋友觉的：太复杂了！ 实际情况是，某品牌的产品各种各样的参 数已经确定，在满足功率，转矩，转速的条件下，产品型号已经确定，如果惯量 仍然不能满足，能否将功率提高一档来满足惯量的要求？答案是：功率提高可以带动加速度提高的话，应是可以的六、伺服电机选型 在选择好机械传动方案以后， 就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确 认1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：1. 马达最大转速＞系统所需之最高移动转速2. 马达的转子惯量与负载惯量相匹配3连续负载工作扭力w马达额定扭力4. 马达最大输出扭力＞系统所需最大扭力（加速时扭力）（2）选型计算：1. 惯量匹配计算（ JL/JM ）2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速）3. 负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）。