浅析伺服电机惯量问题

在伺服系统选型及调试中，常会遇到惯量问题。其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑到电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还必须再行计算出来获知机械系统折算到电机轴的惯量，再行根据机械的实际动作拒绝及加工件质量拒绝来明确自由选择具备适合惯量大小的电机；在调试时，准确原作惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在拒绝高速高精度的系统上展现出最为引人注目，这样，就有了惯量给定的问题。

一、什么是“惯量给定”？1、根据牛顿第二定律：“进给系统所须要力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ角”。加速度θ影响系统的动态特性，θ就越小，则由控制器收到指令到系统继续执行完的时间就越宽，系统反应越慢。

如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达指定后仅次于输入T值恒定，如果期望θ的变化小，则J应当尽可能小。2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的转动惯性动量JM＋电机轴折算的阻抗惯性动量JL。

阻抗惯量JL由（以平面金切机床为事例）工作台及上面装有的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和转动运动件的惯量折算到马达轴上的惯量构成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机指定后，此值就为定值，而JL则随工件等阻抗转变而变化。

如果期望J变化率小些，则最差使JL所占到比例小些。这就是通俗意义上的“惯量给定”。

二、“惯量给定”如何确认？传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态号召都有影响。惯量大，系统的机械常数大，号召快，不会使系统的固有频率上升，更容易产生谐振，因而容许了控制器比特率，影响了控制器精度和响应速度，惯量的必要减小只有在提高短距离乌龟时不利，因此，机械设计时在不影响系统刚性的条件下，不应尽可能增大惯量。取决于机械系统的动态特性时，惯量就越小，系统的动态特性反应就越好；惯量越大，马达的阻抗也就越大，越难掌控，但机械系统的惯量须要和马达惯量相匹配才讫。

有所不同的机构，对惯量给定原则有有所不同的自由选择，且有有所不同的起到展现出。有所不同的机构动作及加工质量拒绝对JL与JM大小关系有有所不同的拒绝，但大多拒绝JL与JM的比值大于十以内。

一句话，惯性给定的确认必须根据机械的工艺特点及加工质量拒绝来确认。对于基础金属工件机床，对于伺服电机来说，一般阻抗惯量建议不应大于电机惯量的5倍。惯量给定对于电机选型很最重要的，某种程度功率的电机，有些品牌有分轻惯量，中惯量，或大惯量。

只不过阻抗惯量最差还是用公式计算出来。少见的形体惯量计算公式在以前习的书里都有现成的（可以去坎机械设计手册）。

我们曾多次做到过一试验，在一伺服电机的轴晃，特众多的惯量盘打算用来做到测试，结果是：伺服电机短距离时停不住，摇头摆尾，不时地波动怎么也停不下来。后来改回：在两个伺服电机的轴晃接入安装联轴器，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一动，即当作一个小阻抗。原本那个摇头摆尾的伺服电机，启动、运动、暂停，运转一切正常！三、惯量的理论计算出来的功式？惯量计算出来都有公式，至于多重阻抗，比如齿轮又带上齿轮，或涡轮蜗杆传动，只要分别求出各旋转件惯量然后相乘即是系统惯量，电机选型时建议根椐有所不同的电机展开配备。

阻抗的转动惯量认同是要设计时通过计算出来算数出来纳，如果没这个值，电机选型认同是不那么合理的，或者认同不会有问题的，这是中选控制器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示。

当然，对某些控制器，可以通过调整控制器的过程测得阻抗的惯量，作为理论设计中的计算出来的参照。却是在设计阶段，很多类似于摩擦系数之类的参数不能根据经验来猜中，不有可能精确。理论设计中的计算出来的公式：（仅供参考）一般来说将转动惯量J用飞轮矩GD2来回应，它们之间的关系为J=mp^2=GD^2/4g式中m与G－旋转部分的质量（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），一般是使用中间值通过实际测试获得。这样，比较我们的经验公式要精确一些。

不过，在目前还是必须计算出来的，也有相同公式可以去坎机械设计手册的。四、关于摩擦系数？关于摩擦系数，一般电机自由选择只是考虑到一个系数特到计算出来过程中，在电机调整时一般来说都会考虑到。不过，如果这个因素相当大，或者谈，不足以影响电机调整，有些日系标准化控制器，据信有一个参数是用来专门测试的，至于否好用，本人没用过，估算应当是好用的。有网友发贴说道，曾有人再次发生过这样的情况：设计时如出一辙国外的机器，机械部分堪称一样，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、组装的精度太差，阻抗惯量是差不多，可摩擦阻力相差太多了，对明确工况考虑不周。当然，黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问题。

摩擦系数是恒定值，这点可以通过电机功率给与补偿，但黏性阻尼是变值，通过减小电机功率当然可以减轻，但只不过是不合理的。况且没设计依据，这个最差是在机械状态上解决问题，没好的机械状态，控制器调整几乎是一句空话。还有，黏性阻尼跟机械结构设计、加工、组装等涉及，这些在选型时是必需考虑到的。

而且跟摩擦系数也是息息相关的，正是因为加工水平过于才导致的摩擦系数长短，不同点差距较小，甚至技术工人组装水平的差异也不会造成相当大的差异，这些在电机选型时必需要考虑到的。这样，才不会有保险系数，当然归根结底还是电机功率的问题。

五、惯量的理论计算出来后，微调修正的形式化有可能有些朋友慧的：过于简单了！实际情况是，某品牌的产品各种各样的参数早已确认，在符合功率，转矩，扭矩的条件下，产品型号早已确认，如果惯量依然无法符合，能否将功率提升一档来符合惯量的拒绝？答案是：功率提升可以造就加速度提升的话，不应是可以的。六、伺服电机选型在自由选择好机械传动方案以后，就必需对伺服电机的型号和大小展开自由选择和证实。

（1）选型条件：一般情况下，自由选择伺服电机须要符合下列情况：1.马达仅次于扭矩＞系统所需之最低移动扭矩。2.马达的转子惯量与阻抗惯量相匹配。3倒数阻抗工作扭力≤马达额定扭力4.马达仅次于输入扭力＞系统所须要仅次于扭力（加快时扭力）（2）选型计算出来：1.惯量给定计算出来（JL/JM）2.转弯速度计算出来（阻抗末端扭矩，马达末端扭矩）3.阻抗扭矩计算出来（倒数阻抗工作扭矩，加快时扭矩。

本文来源：金沙最新官方网站-www.sndiagnosticcentre.com