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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 怎樣才算合適的慣量比,？ [打印本頁]
作者: 淡然    時(shí)間: 2017-1-13 14:39
標(biāo)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

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對(duì)于運(yùn)控系統(tǒng),，多大的慣量比是過大?
它會(huì)影響性能么,？
如何可以通過整定來補(bǔ)償呢？
機(jī)械聯(lián)接（如聯(lián)軸器）對(duì)其有何影響,？
(, 下載次數(shù): 397)
答案并不那么簡單,。
前文書我們提到慣量比與傳動(dòng)剛性之間的關(guān)系。
本期,，我們?cè)囍ㄟ^一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn),，幫助大家尋找一些線索。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)是我早年入行不久,，在參加一次產(chǎn)品應(yīng)用培訓(xùn)時(shí)經(jīng)歷的,。
本期底部有此實(shí)驗(yàn)的完整視頻（視頻無法上傳）。
(, 下載次數(shù): 457)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)非常簡單，如上圖所示,，就是用一臺(tái) 1.5kW 的伺服電機(jī)來帶動(dòng)一只 5 倍于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的鋼制飛輪負(fù)載,。換句話說，這個(gè)系統(tǒng)的慣量比為 5 : 1.

不過這個(gè)飛輪負(fù)載并不是直接連接在電機(jī)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(jī)軸相連,。在實(shí)驗(yàn)中,，這根金屬棒長軸就模擬了設(shè)備中的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

(, 下載次數(shù): 377)

同時(shí)這個(gè)飛輪負(fù)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(jī)較遠(yuǎn)的位置時(shí),，模擬機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性連接。

(, 下載次數(shù): 427)

將飛輪負(fù)載置于離電機(jī)較近的位置時(shí),，模擬傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性連接,。

(, 下載次數(shù): 421)

先將負(fù)載置于電機(jī)遠(yuǎn)端。我們通過一些基本的整定功能對(duì)軸進(jìn)行調(diào)整,。

(, 下載次數(shù): 366)

此時(shí)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(jī)會(huì)產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)和囂叫,，系統(tǒng)變得極不穩(wěn)定,。為了獲得穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)性能，我們不得不將增益值降下來,。

(, 下載次數(shù): 441)

但相應(yīng)的,，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性也變得很軟，動(dòng)態(tài)響應(yīng)力度變?nèi)�,，用手指就可以輕松來回轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載,。

(, 下載次數(shù): 376)

接下來，將負(fù)載靠近電機(jī),，此時(shí)再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)力度變強(qiáng),，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性也變得很硬，有了極高的動(dòng)態(tài)特性,。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,，負(fù)載和電機(jī)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(fù)載離電機(jī)的遠(yuǎn),、近,，就可以讓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能產(chǎn)生巨大的差異和變化：
看上去很難相信，這么一小段（約半米）的軸所帶來的機(jī)械聯(lián)接的剛性（彈性）的變化,，都會(huì)影響到伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)性能,。
(, 下載次數(shù): 397)
前文書關(guān)于《慣量與驅(qū)動(dòng)控制》一文我們講過，對(duì)于大慣量的負(fù)載,，在做完軸的自整定后,，伺服環(huán)的增益值可能會(huì)很高，這是為了在大慣量負(fù)載時(shí)獲得更好的動(dòng)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(jì)算出來的,。如果系統(tǒng)剛性不那么好,，那么系統(tǒng)將會(huì)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(dòng)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(shí)的做法，是將電機(jī)和負(fù)載之間的聯(lián)接剛性提高,。
(, 下載次數(shù): 463)
因此,，慣量比多大是“太大了”以及多少合適，其實(shí)并沒有標(biāo)準(zhǔn)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(gè)方面相互平衡,、折中,、妥協(xié)：
在任何系統(tǒng)中，以上這三點(diǎn)我們是無法同時(shí)做到的,。
比如要讓一個(gè)慣量比達(dá)到100：1或者更高的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來,，如果系統(tǒng)剛性不佳,，此時(shí)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(dòng)態(tài)特性,，那么就不能允許在電機(jī)和負(fù)載之間有任何間隙和柔性的聯(lián)接,，例如：直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，直線電機(jī)技術(shù),，使得電機(jī)和負(fù)載直接聯(lián)接在一起,，傳動(dòng)系幾乎沒有間隙，達(dá)到極高的剛性,，此時(shí)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(yàn)的趨勢(shì)圖表,，定性的詮釋了慣量比與系統(tǒng)剛性和動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系,，或許可以為我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型，起到一定的參考作用,。

(, 下載次數(shù): 423)

合適的慣量比主要取決于運(yùn)動(dòng)曲線有多么“激進(jìn)”以及機(jī)械傳動(dòng)有多“硬”,，不同的動(dòng)態(tài)特性預(yù)期和傳動(dòng)剛性的差異，決定了特定運(yùn)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(yùn)行的應(yīng)用,，如分度轉(zhuǎn)臺(tái)等，對(duì)慣量比要求并不苛刻,，基本不要求個(gè)位數(shù)的慣量比,，如果采用較好的剛性機(jī)械傳動(dòng)（如直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)），慣量比達(dá)到幾百甚至上千有時(shí)也是可以接受的,。

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

正如趨勢(shì)圖中所示,，基于不同的動(dòng)態(tài)和精度性能,，根據(jù)不同的傳動(dòng)機(jī)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(shí)際具體的運(yùn)控應(yīng)用中,，區(qū)別對(duì)待，具體情況,，具體分析的,。

作者: hmhnh    時(shí)間: 2017-1-14 09:09
搞機(jī)械的,，來了解下，謝謝分享
作者: 空想1990    時(shí)間: 2017-1-14 12:52
學(xué)習(xí)了 謝謝分享
作者: zhuzhout    時(shí)間: 2017-1-16 08:22
診斷技術(shù)上很實(shí)用的
作者: 燕南飛0871    時(shí)間: 2017-1-16 09:15
學(xué)習(xí)
作者: 張偉大bb    時(shí)間: 2017-1-16 09:36
非常受用,，謝謝分享
作者: 陳李    時(shí)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(jī)構(gòu)中負(fù)載性能，選擇是中的慣量比就可以啦,。小慣量適合小負(fù)載,、高速或者使用到平穩(wěn)要求低的場(chǎng)合：大慣量比適合高負(fù)載，平穩(wěn)要求高的場(chǎng)合
作者: 小弟波仔    時(shí)間: 2017-1-16 15:59
學(xué)習(xí)了
作者: 925269815    時(shí)間: 2017-1-16 20:34
標(biāo)記下
作者: cunzhang3000    時(shí)間: 2017-1-16 21:24
研究研究
作者: 夢(mèng)縈飛    時(shí)間: 2017-1-17 11:19
學(xué)習(xí)了,，謝謝分享,！
作者: 三軸坐標(biāo)系    時(shí)間: 2017-1-17 12:58
學(xué)寫了，謝謝
作者: yingqiuyao    時(shí)間: 2017-1-17 15:48
學(xué)習(xí)知識(shí),，永不嫌多,。
作者: majingfeng    時(shí)間: 2017-1-18 13:19
嗯 這個(gè)不錯(cuò) 謝謝分享
作者: 屏風(fēng)ing    時(shí)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(shí)間: 2017-1-18 15:42
我們一般慣量比大于5的話就加減速機(jī)了
作者: 0377zjp    時(shí)間: 2017-1-22 09:49
我會(huì)細(xì)看的
作者: 華子324    時(shí)間: 2017-1-22 22:19
好文,，留著以后細(xì)細(xì)看,。
現(xiàn)在我也遇到一個(gè)這樣的問題。
先說以前的結(jié)構(gòu)：100w伺服電機(jī)直連一個(gè)減速比10的減速機(jī),，下面帶動(dòng)兩個(gè)小氣缸來回180°快速擺動(dòng)(擺動(dòng)時(shí)間估計(jì)1s不到2s,，停1s)，大概算了下,，慣量比大概在1:3到1:5,，實(shí)際用起來也比較穩(wěn)定。
現(xiàn)在想改成同步帶輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu),，同步帶輪為中空,，這樣中間可以走線管，按照實(shí)際位置情況帶輪也只能在選減速比1:3或1:4,，電機(jī)準(zhǔn)備換成400w步進(jìn)電機(jī),，大概算了一下，慣量比大概在1:100左右,。
看了你的這個(gè)文章,，感覺與電機(jī)減速機(jī)直連相比，同步帶傳動(dòng)應(yīng)該算比較軟的連接了,，都不知道能不能達(dá)到長期運(yùn)行穩(wěn)定的要求,。
作者: zll3310737    時(shí)間: 2017-1-23 10:04
BOSS，文中提到的書《慣量與驅(qū)動(dòng)控制》,，哪里能看到,？謝謝
作者: 993695946    時(shí)間: 2017-1-23 11:39
路過,，順便學(xué)習(xí)
作者: 淡然    時(shí)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(dòng)控制》,，哪里能看到,？謝謝

看這個(gè)鏈接，有更詳細(xì)的文章,。

http://mp.weixin.qq.com/mp/homepage?__biz=MzA4ODQ1MzEwMQ==&hid=12&sn=6c3d4ebd87672c48c3df5ac780f792c9#wechat_redirect
作者: zll3310737    時(shí)間: 2017-1-23 16:12
淡然 發(fā)表于 2017-1-23 13:40
看這個(gè)鏈接,，有更詳細(xì)的文章。

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

謝謝boss
作者: litingkun    時(shí)間: 2017-2-2 21:19
受教了,，謝謝,！
作者: 云月無心    時(shí)間: 2017-2-5 15:04
之前一直以為有一個(gè)固定的最優(yōu)值，錯(cuò)了好久,。
作者: 一只小螞蟻    時(shí)間: 2017-2-6 09:36
收藏學(xué)習(xí)
作者: 63417138    時(shí)間: 2017-2-6 09:51
其實(shí)前面講的軸與負(fù)載近端與遠(yuǎn)端的調(diào)整,，實(shí)際上就是扭矩的調(diào)整，負(fù)載在遠(yuǎn)端時(shí),，扭矩大了很多,。伺服電機(jī)當(dāng)然會(huì)很吃力，剛性也就不足了
作者: 63417138    時(shí)間: 2017-2-6 09:57

其實(shí)每個(gè)伺服電機(jī)廠這都一個(gè)軟件,，計(jì)算在各種環(huán)境外負(fù)載的慣量與扭矩,，當(dāng)然各種參數(shù)是必不可少的。
很多同行只關(guān)注伺服電機(jī)的扭矩,，但是慣量更加重要,。
包括我們?cè)谶x用滑臺(tái)模組時(shí)，負(fù)載的機(jī)械臂中心有明確的要求,，其實(shí)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(shí)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(shí)間: 2017-2-8 22:31
學(xué)習(xí)了,，謝謝分享
作者: 894628281    時(shí)間: 2017-3-16 11:12
學(xué)習(xí)下，謝謝樓主分享
作者: zwr1234    時(shí)間: 2017-3-16 11:34
謝謝分享
作者: 國華科技    時(shí)間: 2017-3-22 16:04
有收獲
作者: lolylx    時(shí)間: 2017-3-23 17:02
頂頂,！
作者: 只有快樂    時(shí)間: 2017-5-10 21:40
圍觀大神貼
作者: qq173845245    時(shí)間: 2017-10-30 15:21
多謝分享~
作者: 生活,，    時(shí)間: 2017-11-20 15:31
學(xué)習(xí)l
作者: 孤鷹GE    時(shí)間: 2017-11-20 15:46
學(xué)習(xí)
作者: bf_119    時(shí)間: 2017-11-22 17:36
這個(gè)東東還從來沒用過。   
作者: Liux_rVwTv    時(shí)間: 2017-11-23 08:38
學(xué)習(xí)
作者: iyxx37    時(shí)間: 2018-2-9 14:22
樓主的趨勢(shì)圖相當(dāng)精彩,，感謝
作者: 402529651    時(shí)間: 2018-2-9 19:32
視頻哪里有,？

作者: we2036hang    時(shí)間: 2018-2-10 09:48
這個(gè)介紹的比較不錯(cuò)，平時(shí)只是簡單核算下慣量比
作者: 鰣魚    時(shí)間: 2018-2-10 16:44
學(xué)習(xí)了,，謝謝分享,！
作者: 藍(lán)色格    時(shí)間: 2018-2-11 08:37
很詳細(xì),。
作者: jinql0919    時(shí)間: 2018-2-22 12:45
好好好好好好好好好
作者: zjhzsz    時(shí)間: 2018-3-13 20:25
仔細(xì)觀摩
作者: threetigher    時(shí)間: 2018-3-13 23:26
進(jìn)來學(xué)習(xí)！
作者: 新檢量    時(shí)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(shí)間: 2019-9-17 17:48
學(xué)習(xí)了,，謝謝
作者: wendsk    時(shí)間: 2019-9-18 10:27
學(xué)習(xí)了
作者: 星幽孤魂    時(shí)間: 2019-10-19 11:18
學(xué)習(xí)了 謝謝分享
作者: louisbird    時(shí)間: 2020-2-28 13:30
好東西要頂
作者: 桃源居士A    時(shí)間: 2020-7-20 14:46
標(biāo)記下
作者: 1062866603    時(shí)間: 2020-7-20 18:42
學(xué)習(xí)了，謝謝
作者: mengak001    時(shí)間: 2021-6-17 20:28
學(xué)習(xí)了
作者: 眸上有傷痕    時(shí)間: 2022-1-15 15:09
收藏
作者: 飛翔的阿Q    時(shí)間: 2022-1-28 17:07
大師,，在選擇聯(lián)軸器時(shí),，如何計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量？
作者: 冷水黃金    時(shí)間: 2022-1-28 22:13
學(xué)習(xí)了,。伺服電機(jī)用的少,，了解也很有限，對(duì)里面很多專用名詞也沒有花精力去研究,。
作者: 北晨易    時(shí)間: 2022-11-9 15:04
學(xué)習(xí)了
作者: 邢云鶴    時(shí)間: 2022-11-9 15:28
感謝分享
作者: wujianghao6521    時(shí)間: 2023-3-15 11:38
感謝
作者: 人外有人    時(shí)間: 2024-8-18 12:42
好文
作者: mycedar    時(shí)間: 2024-11-2 15:33
受教
作者: 1135711526    時(shí)間: 2024-11-4 11:33
謝謝分享



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