伺服電機調試中“慣量匹配”解析

　　很多客戶(hù)反映在伺服電機系統選型及調試中，常常會(huì )碰到慣量問(wèn)題.下面給各位介紹一下“慣量匹配”。

　　根據牛頓第二定律：“進(jìn)給系統所需力矩T = 系統傳動(dòng)慣量J × 角加速度θ角加速度θ影響系統的動(dòng)態(tài)特性，θ越小，則由控制器發(fā)出指令到系統執行完畢的時(shí)間越長(cháng)，系統反應越慢。如果θ變化，則系統反應將忽快忽慢，影響加工精度。由于馬達選定后最大輸出T值不變，如果希望θ的變化小，則J應該盡量小。

　　進(jìn)給軸的總慣量“J=伺服電機的旋轉慣性動(dòng)量JM + 電機軸換算的負載慣性動(dòng)量JL負載慣量JL由(以工具機為例)工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線(xiàn)和旋轉運動(dòng)件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成。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則隨工件等負載改變而變化。如果希望J變化率小些，則最好使JL所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量匹配”。

　　分析發(fā)生這種現象的具體表現為：

　　1、在伺服系統選型時(shí)，除考慮電機的扭矩和額定速度等等因素外，我們還需要先計算得知機械系統換算到電機軸的慣量，再根據機械的實(shí)際動(dòng)作要求及加工件質(zhì)量要求來(lái)具體選擇具有合適慣量大小的電機;

　　2、在調試時(shí)(手動(dòng)模式下)，正確設定慣量比參數是充分發(fā)揮機械及伺服系統最佳效能的前題，此點(diǎn)在要求高速高精度的系統上表現由為突出(伺服慣量比參數為1-37，JL/JM)。這樣，就有了慣量匹配的問(wèn)題。

　　那慣量匹配的確定跟影響

　　1、確定：衡量機械系統的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，慣量越小，系統的動(dòng)態(tài)特性反應越好;慣量越大，步進(jìn)電機的負載也就越大，越難控制，但機械系統的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現。

　　2、影響：傳動(dòng)慣量對伺服系統的精度，穩定性，動(dòng)態(tài)響應都有影響，慣量大，系統的機械常數大，響應慢，會(huì )使系統的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應速度，慣量的適當增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，機械設計時(shí)在不影響系統剛度的條件下，應盡量減小慣量。

　　例如，CNC中心機通過(guò)伺服電機作高速切削時(shí)，當負載慣量增加時(shí)，會(huì )發(fā)生：控制指令改變時(shí)，馬達需花費較多時(shí)間才能達到新指令的速度要求;當機臺沿二軸執行弧式曲線(xiàn)快速切削時(shí)，會(huì )發(fā)生較大誤差 。

　　一般伺服電機通常狀況下，當JL ≦ JM，則上面的問(wèn)題不會(huì )發(fā)生。

　　當JL = 3×JM ，則馬達的可控性會(huì )些微降低，但對平常的金屬切削不會(huì )有影響。(高速曲線(xiàn)切削一般建議JL ≦ JM)

　　當JL ≧3× JM，馬達的可控性會(huì )明顯下降，在高速曲線(xiàn)切削時(shí)表現突出

　　不同的機構動(dòng)作及加工質(zhì)量要求對JL與JM大小關(guān)系有不同的要求，慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點(diǎn)及加工質(zhì)量要求來(lái)確定。