电机惯量的疑问 点击:15510 | 回复:181



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发表于:2008-07-16 08:56:44
楼主

我们选伺服电机,一般为了高速定位,资料上都推荐负载惯量比电机转子惯量,不大于3。

可是我就不明白了: 这关电机转子惯量啥事? 电机只管输出转矩就行了! 换句话说,两台电机输出同样的假设可以输出同样的力矩,那么应该是电机转子惯量越小的越好啊! 因为电机克服自身惯量所需要的力就少了!  而且电机惯量越小,越利于高速启停啊。

那为啥还得电机惯量和负载惯量匹配呢? 那位能给讲明白?谢谢!



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hhpp

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发表于:2008-07-23 13:56:53
121楼
引用电工A 的回复内容:

假定1Nm的转矩能把1Kgcm^2惯量的负载在0.1秒内从0加速到3000rpm,如果惯量加倍,加速时间也要延长一倍.电机惯量在系统整体惯量中占很大比例的情况下,尤其要考虑了.





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发表于:2008-07-23 14:19:35
122楼

to 波恩:

我的意思是,步进系统里, 我已经核算过了负载的加速转矩,摩擦转矩等等, 而我选的步进电机都满足这些力矩要求。  这个时候我是否也要象伺服电机一样注意电机转子惯量和负载惯量的比值?    

因为步进电机没有闭环调节的过程, 只要力矩满足了系统的加减速要求,也满足了负载停止时的保持力矩,那么就可以了。     在这里仅仅是力矩的大小、负载总惯量(电机转子+外部负载)的大小、摩擦系数、决定了电机加减速的时间, 而不会涉及到系统的调节稳定性了。 

不知对否?

波恩

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发表于:2008-07-23 15:09:00
123楼

to 楼主:同意上述看法。

 

另,120楼中“我觉得电机-负载惯量比受机械连接刚性的影响也比较大”———这一点补的好!  (原文笔误,见谅!)

双片机

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发表于:2008-07-23 19:16:55
124楼

恳请波恩正面回答以下问题:

当机械部分已定,假设符合力矩要求的电机有N种,我是不是要选转子惯量最小的电机(因为总惯量小,加速快),还是选惯量大的(因为惯量匹配)?

我只想知道该选哪种和理由是什么?

 

波恩

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发表于:2008-07-24 11:58:50
125楼

to " 双片机":这是一个很实例化的需求!

如果机械部分已定,则对于驱动轴而言,负载和负载惯量就已经确定了。再假设“符合力矩要求的电机有N种”,注意这里所谓的符合要求,很可能忽略了一件事,就是电机自身的惯量,所以才会出现“是不是要选转子惯量最小的电机(因为总惯量小,加速快)”这样的疑问。

对此,多数伺服系统选型的指导原则是,伺服电机的力矩选择不仅需要考虑被折算到电机轴端的驱动对象的机械负载(工作阻力和摩擦阻尼),也必须考虑系统的惯性负载(加减速力矩),尤其是对于快速性有较高要求的系统。因此片面选择小惯量电机,未必是最合适的选择。

比如,在负载波动较大,或联轴节刚度偏软的情况下,电机的惯量偏小反而对运行平稳不利,在这种情况下,宁愿选择惯量稍大,以保证系统的运行平稳性。如果还要兼顾系统的快速性,则建议选用力矩也偏大一些的电机,不过最好同时提高联轴节的刚度。

双片机

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发表于:2008-07-24 20:00:05
126楼

另外我想问一下欧系的伺服有没有这个惯量比要求?

波恩

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发表于:2008-07-25 09:20:43
127楼

对于伺服应用而言,无论是哪里出产的伺服,都会存在系统快速性与稳定性的折衷矛盾,惯量比则是影响这一矛盾的最主要因素。

对于伺服的控制算法而言,惯量比事关算法稳定域,过大的系统惯量容易造成控制系统失稳,任何伺服控制系统原则上都会存在能够承受的惯量上限。

因此个人以为:欧系伺服同样会存在惯量比要求,只是其值域可能会更宽泛一些。

刘志斌

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发表于:2008-07-25 12:47:50
128楼
“过大的系统惯量容易造成控制系统失稳,任何伺服控制系统原则上都会存在能够承受的惯量上限。”非常同意楼上的说法!!!

双片机

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发表于:2008-07-25 19:26:59
129楼

哈哈,刘志斌来议和了.

开个玩笑,论坛就是要讨论得激烈一点!让大家能学到知识才是硬道理.

刘志斌

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发表于:2008-07-25 19:51:12
130楼

说得对就要支持,不管是反对或支持过自己的人!不然这个论坛就会发臭!!!

vesgine

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发表于:2008-08-01 11:06:41
131楼
回复内容:
对:波恩 关于

to 电工A: 很难,各家的伺服系统基本上都会有负载惯量比的上限,比如三菱的伺服系统,超小惯量的,上限基本为30倍,小惯量/中惯量的基本为15倍,究其实质是受限于控制系统的稳定域,其实伺服驱动器对另一种类型的惯性环节:电机绕组的电感也往往有限制,曾经看过Kollmorgen的Servo Star系列的某款高端伺服驱动,就明确给出了绕组的电感范围2mH~12mH,下限是为了约束电流脉动,而上限则是受限于电流环的稳定域。

因此,伺服电机与负载的惯量比,就伺服本身而言,更多的受限于算法模型的增益与稳定性的折衷;就应用系统而言,更需关注系统总折算惯量与快速性的折衷。

 ;


 ;


 ;


内容的回复:";下限是为了约束电流脉动,而上限则是受限于电流环的稳定域";

这句话愿闻详解。

波恩

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发表于:2008-08-01 13:43:16
132楼
电感的平衡方程为:U=i*r+L*di/dt

对于伺服驱动的功率逆变环节而言,如果忽略稳态电流,而只考虑每个PWM的电流变化率的话,则有Δi=U*Δt/L,因而对于确定的母线电压U,Δi的最大值取决于最大脉宽对应的Δt和电机绕组电感L,如果固定PWM周期,则最大脉宽Δt固定,此时Δi的最大值与电机绕组电感L成反比,因此对于目标电流波动水平而言,就会存在的最小L的限制要求。

此外,对于电流闭环调节而言,作为惯性环节的L也会影响闭环带宽和闭环稳定域,因而也相应的会对最大电感有所要求,不妨下去推导传递函数,自行分析以下电感对于闭环稳定域的影响。

七夜

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发表于:2008-08-06 09:35:34
133楼

哎,我都有点给你们说糊涂了。真是吃惊,前两天一个西门子的工程师也和我说不知道转动惯量比是怎么回事?对于一个伺服系统来讲,

你需要考虑的是转速,扭矩,转动惯量比。这三个数就像红绿蓝三色一样,对伺服系统起重要作用。对于直线运动的物体:J=91.2*m*(v/Nm)2, 这个是外部的转动惯量,如果你有减速机,哪么需要再除以速比的平方。然后就是则算到电机轴的转动惯量,这个数值除以电机本体的转动惯量就是比值。波恩说的是对的,电机短的惯量打,细的小些,在差不多的尺寸下。

如果你不考虑转动惯量比,那么你的系统将可能会进入震荡,在快速变化加减速的时,环体更本就控制不住。以SEW的单轴控制器而言,CFC模式下电流环体的响应为125us,速度环体小于0.5ms.可是即使这样,系统的震荡也步可以避免,因为这个是机械运动学决定的,不是电控可以解决的事情。

至于说的1-3这个数值或者更大的数值,取决于伺服电机,减速机,伺服控制器。一般欧美的水平也就在10-20以内。

sailor236

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发表于:2008-08-07 15:38:22
134楼

支持刘志斌的说法!

一台机器,它的惯量就如同它的质量,在制造之初就已经确定,有些人会调节这个惯量的大小来调整伺服,其实是不正确的做法。

ShowFine

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发表于:2008-08-07 17:20:43
135楼
又一个被传销洗了脑的,哎……

七夜

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发表于:2008-08-07 17:38:30
136楼

又一个被传销洗了脑的,哎…… ?

不是调节这个惯量,是调节这个惯量比。在原始设计的时候需要考虑

岚1996

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发表于:2008-08-07 18:24:00
137楼
路过,学习一下下........

sailor236

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发表于:2008-08-08 11:14:24
138楼

"又一个被传销洗了脑的,哎…… "

我没有被洗脑,只是觉得刘志斌的说法合情合理,很能说明问题。

强烈要求班主将此贴加精。

 

zlzxw

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发表于:2008-08-09 14:54:35
139楼

这个lzb又到这里发表高论了,呵呵!!!

 

 

zlzxw

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发表于:2008-08-09 15:00:17
140楼

一般厂家给出一个最大惯量比的推荐值,超过此值不是说不能用,一般说可能会严重影响动态响应,系统性能过低,但是你要是要求不高,动作频率不快的话也问题不大。


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