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伺服電機使用中的三大常見問題（2）
2021-01-14 11:53
問題二：慣性匹配 在伺服系統選型及調試中，常會碰到慣量問題！ ? 具體表現為： ? 1、在伺服系統選型時，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，再根據機械的實際動作要求及加工件質量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機； ? 2、在調試時（手動模式下），正確設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前提，此點在要求高速高精度的系統上表現由為突出（臺達伺服慣量比參數為1-37，JL/JM）。這樣，就有了慣量匹配的問題！ ? 那到底什么是“慣量匹配”呢? ? 1、根據牛頓第二定律：進給系統所需力矩T=系統傳動慣量J×角加速度θ 角加速度θ影響系統的動態特性，θ越小，則由控制器發出指令到系統執行完畢的時間越長，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。 ? 2、進給軸的總慣量J=伺服電機的旋轉慣性動量JM+電機軸換算的負載慣性動量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、聯軸器等直線和旋轉運動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”。 ? 知道了什么是慣量匹配，那慣量匹配具體有什么影響？又如何確定呢? ? 影響： 傳動慣量對伺服系統的精度、穩定性、動態響應都有影響，慣量大，系統的機械常數大，響應慢，會使系統的固有頻率下降，容易產生諧振，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有利，因此，機械設計時在不影響系統剛度的條件下，應盡量減小慣量。 ? 確定： 衡量機械系統的動態特性時，慣量越小，系統的動態特性反應越好；慣量越大，馬達的負載也就越大，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。例如，CNC中心機通過伺服電機作高速切削時，當負載慣量增加時，會發生： （1）控制指令改變時，馬達需花費較多時間才能達到新指令的速度要求； （2）當機臺沿二軸執行弧式曲線快速切削時，會發生較大誤差： ①一般伺服電機通常狀況下，當JL≦JM，則上面的問題不會發生 ②當JL=3×JM，則馬達的可控性會些微降低，但對平常的金屬切削不會有影響。（高速曲線切削一般建議JL≦JM） ③當JL≧3×JM，馬達的可控性會明顯下降，在高速曲線切削時表現突出 不同的機構動作及加工質量要求對JL與JM大小關系有不同的要求，慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點及加工質量要求來確定。
伺服系統是機電產品中的重要環節，它能提供最高水平的動態響應和扭矩密度，所以驅動系統的發展趨勢是用交流伺服驅動取替傳統的液壓、直流、步進和AC變頻調速驅動，以便使系統性能達到一個全新的水平，包括更短的周期、更高的生產率、更好的可靠性和更長的壽命。為了實現伺服電機的更好性能，就必須對伺服電機的一些使用特點有所了解。
問題二：慣性匹配
在伺服系統選型及調試中，常會碰到慣量問題！
具體表現為：
1、在伺服系統選型時，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，再根據機械的實際動作要求及加工件質量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機；
2、在調試時（手動模式下），正確設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前提，此點在要求高速高精度的系統上表現由為突出（臺達伺服慣量比參數為1-37，JL/JM）。這樣，就有了慣量匹配的問題！
那到底什么是“慣量匹配”呢?
1、根據牛頓第二定律：進給系統所需力矩T=系統傳動慣量J×角加速度θ
角加速度θ影響系統的動態特性，θ越小，則由控制器發出指令到系統執行完畢的時間越長，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。
2、進給軸的總慣量J=伺服電機的旋轉慣性動量JM+電機軸換算的負載慣性動量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、聯軸器等直線和旋轉運動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”。
知道了什么是慣量匹配，那慣量匹配具體有什么影響？又如何確定呢?
影響：
傳動慣量對伺服系統的精度、穩定性、動態響應都有影響，慣量大，系統的機械常數大，響應慢，會使系統的固有頻率下降，容易產生諧振，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有利，因此，機械設計時在不影響系統剛度的條件下，應盡量減小慣量。
確定：
衡量機械系統的動態特性時，慣量越小，系統的動態特性反應越好；慣量越大，馬達的負載也就越大，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。例如，CNC中心機通過伺服電機作高速切削時，當負載慣量增加時，會發生：
（1）控制指令改變時，馬達需花費較多時間才能達到新指令的速度要求；
（2）當機臺沿二軸執行弧式曲線快速切削時，會發生較大誤差：
①一般伺服電機通常狀況下，當JL≦JM，則上面的問題不會發生
②當JL=3×JM，則馬達的可控性會些微降低，但對平常的金屬切削不會有影響。（高速曲線切削一般建議JL≦JM）
③當JL≧3×JM，馬達的可控性會明顯下降，在高速曲線切削時表現突出
不同的機構動作及加工質量要求對JL與JM大小關系有不同的要求，慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點及加工質量要求來確定。
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