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標題: 怎樣才算合適的慣量比？ [打印本頁]

作者: 淡然 時間: 2017-1-13 14:39
標題: 怎樣才算合適的慣量比？
本帖最后由淡然于 2017-1-13 14:39 編輯

轉(zhuǎn)帖分享，感謝@茉莉素馨社友提供的鏈接。

對于運控系統(tǒng)，多大的慣量比是過大?

它會影響性能么？

如何可以通過整定來補償呢？

機械聯(lián)接（如聯(lián)軸器）對其有何影響？

(, 下載次數(shù): 350)

答案并不那么簡單。

前文書我們提到慣量比與傳動剛性之間的關(guān)系。

本期，我們試著通過一個簡單的實驗，幫助大家尋找一些線索。

這個實驗是我早年入行不久，在參加一次產(chǎn)品應(yīng)用培訓(xùn)時經(jīng)歷的。

本期底部有此實驗的完整視頻（視頻無法上傳）。

(, 下載次數(shù): 413)

實驗臺非常簡單，如上圖所示，就是用一臺 1.5kW 的伺服電機來帶動一只 5 倍于電機轉(zhuǎn)子慣量的鋼制飛輪負載。換句話說，這個系統(tǒng)的慣量比為 5 : 1.

不過這個飛輪負載并不是直接連接在電機軸上的，而是安裝在一根長約 1 米、直徑約 10mm 的金屬棒長軸上，并通過聯(lián)軸器與電機軸相連。在實驗中，這根金屬棒長軸就模擬了設(shè)備中的機械傳動機構(gòu)。

(, 下載次數(shù): 343)

同時這個飛輪負載在長軸上的位置是可以調(diào)節(jié)的，如果將其置于長軸上離電機較遠的位置時，模擬機械傳動系統(tǒng)的柔性連接。

(, 下載次數(shù): 392)

將飛輪負載置于離電機較近的位置時，模擬傳動系統(tǒng)的剛性連接。

(, 下載次數(shù): 373)

先將負載置于電機遠端。我們通過一些基本的整定功能對軸進行調(diào)整。

(, 下載次數(shù): 311)

此時我們發(fā)現(xiàn)，如果使用較高的系統(tǒng)增益（響應(yīng)帶寬）參數(shù)，電機會產(chǎn)生劇烈抖動和囂叫，系統(tǒng)變得極不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的運動性能，我們不得不將增益值降下來。

(, 下載次數(shù): 401)

但相應(yīng)的，系統(tǒng)的運動特性也變得很軟，動態(tài)響應(yīng)力度變?nèi)酰檬种妇涂梢暂p松來回轉(zhuǎn)動負載。

(, 下載次數(shù): 329)

接下來，將負載靠近電機，此時再對系統(tǒng)進行調(diào)整，則已經(jīng)可以輕松的使用極高的系統(tǒng)增益值了，相應(yīng)的，電機的動態(tài)響應(yīng)力度變強，系統(tǒng)的運動特性也變得很硬，有了極高的動態(tài)特性。

在這個實驗中，負載和電機的慣量比僅為 5 ：1，在使用同一套增益和頻響值的情況下，僅僅是簡單的調(diào)整負載離電機的遠、近，就可以讓系統(tǒng)的運動性能產(chǎn)生巨大的差異和變化：

遠：不穩(wěn)定的抖動或者穩(wěn)定但較軟的動態(tài)特性
近：穩(wěn)定且有較硬的動態(tài)特性

看上去很難相信，這么一小段（約半米）的軸所帶來的機械聯(lián)接的剛性（彈性）的變化，都會影響到伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動態(tài)性能。

(, 下載次數(shù): 359)

前文書關(guān)于《慣量與驅(qū)動控制》一文我們講過，對于大慣量的負載，在做完軸的自整定后，伺服環(huán)的增益值可能會很高，這是為了在大慣量負載時獲得更好的動態(tài)性能。但是通常這樣的增益值，是伺服系統(tǒng)基于系統(tǒng)剛性聯(lián)接情況下計算出來的。如果系統(tǒng)剛性不那么好，那么系統(tǒng)將會變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)囂叫。

通常要將伺服系統(tǒng)調(diào)的穩(wěn)定，需要將增益值降下來，也就是降低系統(tǒng)響應(yīng)頻率。在這里，響應(yīng)頻率降下來后，系統(tǒng)立刻變得穩(wěn)定，而且不再嘯叫。然而，系統(tǒng)的性能也變軟了，而且我們發(fā)現(xiàn)已經(jīng)可以用手轉(zhuǎn)動軸了。也就是說，響應(yīng)頻率的下降直接導(dǎo)致性能的下降。

如果需要更好的性能，那么比較現(xiàn)實的做法，是將電機和負載之間的聯(lián)接剛性提高。

(, 下載次數(shù): 419)

因此，慣量比多大是“太大了”以及多少合適，其實并沒有標準答案。慣量比只是系統(tǒng)“方程式”中的一部分。所有的伺服系統(tǒng)，都需要在這幾個方面相互平衡、折中、妥協(xié)：

較高的慣量比
高動態(tài)性能的預(yù)期
柔性機械聯(lián)接

在任何系統(tǒng)中，以上這三點我們是無法同時做到的。

比如要讓一個慣量比達到100：1或者更高的系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來，如果系統(tǒng)剛性不佳，此時就需要降低系統(tǒng)響應(yīng)頻率（即增益值）－在性能上妥協(xié)；或者我們?nèi)匀恍枰休^高的動態(tài)特性，那么就不能允許在電機和負載之間有任何間隙和柔性的聯(lián)接，例如：直接驅(qū)動電機，直線電機技術(shù)，使得電機和負載直接聯(lián)接在一起，傳動系幾乎沒有間隙，達到極高的剛性，此時即便有很高的慣量比，系統(tǒng)性能依然可以極高。

下面這張基于經(jīng)驗的趨勢圖表，定性的詮釋了慣量比與系統(tǒng)剛性和動態(tài)性能之間的關(guān)系，或許可以為我們在實際應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計和選型，起到一定的參考作用。

(, 下載次數(shù): 380)

合適的慣量比主要取決于運動曲線有多么“激進”以及機械傳動有多“硬”，不同的動態(tài)特性預(yù)期和傳動剛性的差異，決定了特定運控系統(tǒng)所“適合”的慣量比。

一些速度較慢或者基本保持恒速運行的應(yīng)用，如分度轉(zhuǎn)臺等，對慣量比要求并不苛刻，基本不要求個位數(shù)的慣量比，如果采用較好的剛性機械傳動（如直接驅(qū)動電機），慣量比達到幾百甚至上千有時也是可以接受的。

但對于那些高動態(tài)、高精度應(yīng)用，比如：印刷的套準同步、三角機器人的高速抓取等，即使采用極佳的剛性傳動，也不敢使用較大的慣量比（有時 10 都已經(jīng)很大了）；而如果傳動剛性不足，那么可能 1:1 的慣量比都大了。

正如趨勢圖中所示，基于不同的動態(tài)和精度性能，根據(jù)不同的傳動機構(gòu)類型所帶來系統(tǒng)剛性差異，可能的慣量比匹配范圍還是很大的，是需要在實際具體的運控應(yīng)用中，區(qū)別對待，具體情況，具體分析的。

作者: hmhnh 時間: 2017-1-14 09:09
搞機械的，來了解下，謝謝分享

作者: 空想1990 時間: 2017-1-14 12:52
學(xué)習(xí)了謝謝分享

作者: zhuzhout 時間: 2017-1-16 08:22
診斷技術(shù)上很實用的

作者: 燕南飛0871 時間: 2017-1-16 09:15
學(xué)習(xí)

作者: 張偉大bb 時間: 2017-1-16 09:36
非常受用，謝謝分享

作者: 陳李 時間: 2017-1-16 10:41
這篇文章我可以這樣理解嗎，在保證很好的剛性連接和滿足機構(gòu)中負載性能，選擇是中的慣量比就可以啦。小慣量適合小負載、高速或者使用到平穩(wěn)要求低的場合：大慣量比適合高負載，平穩(wěn)要求高的場合

作者: 小弟波仔 時間: 2017-1-16 15:59
學(xué)習(xí)了

作者: 925269815 時間: 2017-1-16 20:34
標記下

作者: cunzhang3000 時間: 2017-1-16 21:24
研究研究

作者: 夢縈飛 時間: 2017-1-17 11:19
學(xué)習(xí)了，謝謝分享！

作者: 三軸坐標系 時間: 2017-1-17 12:58
學(xué)寫了，謝謝

作者: yingqiuyao 時間: 2017-1-17 15:48
學(xué)習(xí)知識，永不嫌多。

作者: majingfeng 時間: 2017-1-18 13:19
嗯這個不錯謝謝分享

作者: 屏風(fēng)ing 時間: 2017-1-18 14:04
原來如此，難怪有些地方說5:1，有些地方說20:1的，答案在這里

作者: 駱歡 時間: 2017-1-18 15:42
我們一般慣量比大于5的話就加減速機了

作者: 0377zjp 時間: 2017-1-22 09:49
我會細看的

作者: 華子324 時間: 2017-1-22 22:19
好文，留著以后細細看。
現(xiàn)在我也遇到一個這樣的問題。
先說以前的結(jié)構(gòu)：100w伺服電機直連一個減速比10的減速機，下面帶動兩個小氣缸來回180°快速擺動(擺動時間估計1s不到2s，停1s)，大概算了下，慣量比大概在1:3到1:5，實際用起來也比較穩(wěn)定。
現(xiàn)在想改成同步帶輪傳動的結(jié)構(gòu)，同步帶輪為中空，這樣中間可以走線管，按照實際位置情況帶輪也只能在選減速比1:3或1:4，電機準備換成400w步進電機，大概算了一下，慣量比大概在1:100左右。
看了你的這個文章，感覺與電機減速機直連相比，同步帶傳動應(yīng)該算比較軟的連接了，都不知道能不能達到長期運行穩(wěn)定的要求。

作者: zll3310737 時間: 2017-1-23 10:04
BOSS，文中提到的書《慣量與驅(qū)動控制》，哪里能看到？謝謝

作者: 993695946 時間: 2017-1-23 11:39
路過，順便學(xué)習(xí)

作者: 淡然 時間: 2017-1-23 13:40

zll3310737 發(fā)表于 2017-1-23 10:04
BOSS，文中提到的書《慣量與驅(qū)動控制》，哪里能看到？謝謝

看這個鏈接，有更詳細的文章。

http://mp.weixin.qq.com/mp/homepage?__biz=MzA4ODQ1MzEwMQ==&hid=12&sn=6c3d4ebd87672c48c3df5ac780f792c9#wechat_redirect

作者: zll3310737 時間: 2017-1-23 16:12

淡然發(fā)表于 2017-1-23 13:40
看這個鏈接，有更詳細的文章。

http://mp.weixin.qq.com/mp/homepage?__biz=MzA4ODQ1MzEwMQ==&hid=12& ...

謝謝boss

作者: litingkun 時間: 2017-2-2 21:19
受教了，謝謝！

作者: 云月無心 時間: 2017-2-5 15:04
之前一直以為有一個固定的最優(yōu)值，錯了好久。

作者: 一只小螞蟻 時間: 2017-2-6 09:36
收藏學(xué)習(xí)

作者: 63417138 時間: 2017-2-6 09:51
其實前面講的軸與負載近端與遠端的調(diào)整，實際上就是扭矩的調(diào)整，負載在遠端時，扭矩大了很多。伺服電機當然會很吃力，剛性也就不足了

作者: 63417138 時間: 2017-2-6 09:57

其實每個伺服電機廠這都一個軟件，計算在各種環(huán)境外負載的慣量與扭矩，當然各種參數(shù)是必不可少的。
很多同行只關(guān)注伺服電機的扭矩，但是慣量更加重要。
包括我們在選用滑臺模組時，負載的機械臂中心有明確的要求，其實這就是影響慣量的因素，但是極少有人關(guān)注。

作者: 原來都是小草 時間: 2017-2-6 17:16
樓主辛苦了，一直很想找的資料，今天看到，收了

。

作者: 張曉剛zxg 時間: 2017-2-8 22:31
學(xué)習(xí)了，謝謝分享

作者: 894628281 時間: 2017-3-16 11:12
學(xué)習(xí)下，謝謝樓主分享

作者: zwr1234 時間: 2017-3-16 11:34
謝謝分享

作者: 國華科技 時間: 2017-3-22 16:04
有收獲

作者: lolylx 時間: 2017-3-23 17:02
頂頂！

作者: 只有快樂 時間: 2017-5-10 21:40
圍觀大神貼

作者: qq173845245 時間: 2017-10-30 15:21
多謝分享~

作者: 生活， 時間: 2017-11-20 15:31
學(xué)習(xí)l

作者: 孤鷹GE 時間: 2017-11-20 15:46
學(xué)習(xí)

作者: bf_119 時間: 2017-11-22 17:36
這個東東還從來沒用過。

作者: Liux_rVwTv 時間: 2017-11-23 08:38
學(xué)習(xí)

作者: iyxx37 時間: 2018-2-9 14:22
樓主的趨勢圖相當精彩，感謝

作者: 402529651 時間: 2018-2-9 19:32
視頻哪里有？

作者: we2036hang 時間: 2018-2-10 09:48
這個介紹的比較不錯，平時只是簡單核算下慣量比

作者: 鰣魚 時間: 2018-2-10 16:44
學(xué)習(xí)了，謝謝分享！

作者: 藍色格 時間: 2018-2-11 08:37
很詳細。

作者: jinql0919 時間: 2018-2-22 12:45
好好好好好好好好好

作者: zjhzsz 時間: 2018-3-13 20:25
仔細觀摩

作者: threetigher 時間: 2018-3-13 23:26
進來學(xué)習(xí)！

作者: 新檢量 時間: 2018-5-10 11:32
學(xué)習(xí)了，雖然我只是頂樓的

作者: 麥田守望者bj 時間: 2019-9-17 17:48
學(xué)習(xí)了，謝謝

作者: wendsk 時間: 2019-9-18 10:27
學(xué)習(xí)了

作者: 星幽孤魂 時間: 2019-10-19 11:18
學(xué)習(xí)了謝謝分享

作者: louisbird 時間: 2020-2-28 13:30
好東西要頂

作者: 桃源居士A 時間: 2020-7-20 14:46
標記下

作者: 1062866603 時間: 2020-7-20 18:42
學(xué)習(xí)了，謝謝

作者: mengak001 時間: 2021-6-17 20:28
學(xué)習(xí)了

作者: 眸上有傷痕 時間: 2022-1-15 15:09
收藏

作者: 飛翔的阿Q 時間: 2022-1-28 17:07
大師，在選擇聯(lián)軸器時，如何計算轉(zhuǎn)動慣量？

作者: 冷水黃金 時間: 2022-1-28 22:13
學(xué)習(xí)了。伺服電機用的少，了解也很有限，對里面很多專用名詞也沒有花精力去研究。

作者: 北晨易 時間: 2022-11-9 15:04
學(xué)習(xí)了

作者: 邢云鶴 時間: 2022-11-9 15:28
感謝分享

作者: wujianghao6521 時間: 2023-3-15 11:38
感謝

作者: 人外有人 時間: 2024-8-18 12:42
好文

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