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伺服电机转子惯量匹配问题 点击:7891 | 回复:161



王者之师-MadforG

    
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发表于:2012-12-18 21:18:15
楼主

1、所谓惯量匹配,是指电机转子的惯量与负载惯量之间的关系;

2、什么算匹配,这与碰撞理论一致,当两个惯量相同的物体发生碰撞时,则会发生一个物体的动量状态完全传递给另一个物体,我们称此种现象为惯量匹配

3、什么叫不匹配,这与碰撞理论一致,当一个物体与另一个惯量相比无穷大的物体发生碰撞时,则会发生这个物体的动量状态翻转,而惯量无穷大的物体运动状态不变,我们称此种现象为惯量不匹配

4、所以电机的转动惯量与负载的转动惯量相等时(传动比=1),为惯量匹配;

5、如果传动比=10,那么电机的转动惯量等于负载折算到电机轴的惯量(负载惯量/100),为惯量匹配;

6、可是电机的转子惯量不可能做得那么大,而且转子惯量大,增大了电机动力的无用负荷,所以一般规定负载惯量与电机惯量的比在一定范围内,例如笨鸟说的(5~20);

7、电机转子与负载惯量之间的匹配与转子与负载之间的连接是柔性连接还是刚性连接有关;

8、一般原则是负载惯量大电机转子的惯量大,反之,负载惯量小要求电机转子的惯量也小;

9、一般情况下,电机转子的惯量远小于负载惯量;




belion

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发表于:2013-06-06 14:48:48
161楼

惯量匹配这个问题也困扰了我很久,从头到尾看完了整个帖子,发表一点拙见。

需要考虑惯量匹配这个问题,原因在于电机输出轴和机构之间并非刚性连接,如果是直接驱动,或者把电机输出轴和机构之间焊死,自然是不需要考虑惯量匹配。

牛顿第二定律在转动时表现为力矩=惯量*角加速度,惯量和质量一样,都是运动物体惯性的表现形式。

电机轴、连接器、机构之间作用力应该是比较复杂的,不管是否可以称为“碰撞”,终究是存在力与运动的传递。虽然可能不能简单的用两个小球碰撞刚体碰撞理论解释,但总的趋势应该差不多(或许可以理解为非完全弹性碰撞),这可能是为什么认为惯量匹配1比1最佳的原因。

对67楼ShowMotion的阐述,个人有点异议,如有错误欢迎指教:

“如果负载转动惯量J很大时,在位置模式、速度模式下,需要负载物体按照某个加减速曲线去工作时,问题就来了,因为电机的输出力矩是受到限制的,当控制给定的加速度过大,实际的加速度肯定跟不上,这时跟踪误差会逐渐加大,跟踪的相位也超出闭环控制的控制范围,最终控制系统会失效、发散乃至崩溃,所以伺服系统要限制伺服电机的负载转动惯量范围,负载惯量太大肯定不行。”

个人认为这里应该不是负载转动惯量太大,而是系统总惯量,即电机+负载惯量。

“那么惯量太小行吗?负载惯量太小时,控制不存在失效崩溃的问题,也由公式分析T=J.ε,在加速度较小时,因负载惯量小,需要的力矩也很小,需要静止或微动时,力矩调节的敏感度会较高,容易引起高频振荡”

个人认为力矩“调节敏感度”是由增益等控制参数决定的,与惯量无关。而且同样,这里应该是总力矩。



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