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樓主: siaoma3160
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誰能從數(shù)學(xué)模型的角度,說一下為什么要慣量匹配,?

[復(fù)制鏈接]
21#
發(fā)表于 2018-11-12 12:09:30 | 只看該作者
siaoma3160 發(fā)表于 2018-11-12 11:44
您這個圖的意思是不是實際電機(jī)控制過程中,,要避免圖1所示振蕩響應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)生?如果慣量比過大(大于10:1 ...

比值比較大是多少,你算算啊,,最好別這樣,,要不有可能調(diào)不出來呢。,。,。

我說的是伺服啊,三相異步電動機(jī)就算了,,一般只考慮扭矩
22#
發(fā)表于 2018-11-12 13:06:24 | 只看該作者
siaoma3160 發(fā)表于 2018-11-12 11:38
謝謝大俠解惑,!
仔細(xì)閱讀了您回復(fù)中的推倒過程,還有一些不解,,麻煩您幫我解答下,!

你的兩個問題并不能從單一理論來解釋

最佳慣量比的求解是從功率轉(zhuǎn)化角度來解釋的

慣量比的上限,就要從控制的角度來解釋,。由于技術(shù)條件的限制,,控制系統(tǒng)只允許一定程度的超調(diào)量,負(fù)載慣量越大,,系統(tǒng)慣量比越大,,超調(diào)量就越大,當(dāng)超調(diào)量大于控制系統(tǒng)的能力上限,,系統(tǒng)就會在“糾偏”過程中,,越糾越偏,外在表現(xiàn)出來就是自激,,電機(jī)只要上電,,就開始不受控制的發(fā)生擺動,并且擺動幅度越來越大

上面說的是比較極端的例子,,當(dāng)負(fù)載慣量較大,,造成超調(diào)量接近于控制系統(tǒng)能力上限的時候,就會發(fā)生“糾偏”時間過長,,外在的表現(xiàn)就是動態(tài)性能很差,,如果你恰好要求的動態(tài)性能比較高,就會發(fā)現(xiàn)電機(jī)停不準(zhǔn),,每次停的位置都不一樣,。根本原因就是控制系統(tǒng)的糾偏時間過長,還沒穩(wěn)定下來,,就接到下一個動作的信號,,開始執(zhí)行下一步操作

因此,為了保證控制系統(tǒng)的動態(tài)性能,,就要限制負(fù)載的慣量,,也就是限制系統(tǒng)的慣量比,。至于限制是多少,需要根據(jù)你的應(yīng)用場景來確定,,一味的強(qiáng)調(diào)低慣量比,,就會造成成本增加,性能浪費,。

當(dāng)然實際的原理遠(yuǎn)比這個要復(fù)雜,確定合適的慣量比還需要考慮運行速度,,簡單來說,,轉(zhuǎn)速越高,對動態(tài)性能的要求也越高,,原因也很好理解,,運行速度越高,驅(qū)動器接收到的編碼器脈沖信號頻率也越高,,留給驅(qū)動器處理和糾偏的時間也越短,。這也是一些電機(jī)在低速的時候運行很好,高速的時候就會定位不準(zhǔn)的原因,。


23#
 樓主| 發(fā)表于 2018-11-12 14:03:05 | 只看該作者
本帖最后由 siaoma3160 于 2018-11-12 14:04 編輯
塵世天涯 發(fā)表于 2018-11-12 13:06
你的兩個問題并不能從單一理論來解釋

最佳慣量比的求解是從功率轉(zhuǎn)化角度來解釋的

多謝解惑,!解釋的很到位!再問一句,,對于一個機(jī)械系統(tǒng),,慣量比上限(或者是大概的上限)可以從數(shù)學(xué)原理角度推導(dǎo)計算嗎?

您上文所說的慣量比的上限要從控制的角度進(jìn)行解釋,,是不是通過計算機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù),,最后得出系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線,從曲線上可以解讀出慣量比對系統(tǒng)響應(yīng)的影響,,這一套原理,?
24#
發(fā)表于 2018-11-12 14:48:00 | 只看該作者
siaoma3160 發(fā)表于 2018-11-12 14:03
多謝解惑!解釋的很到位,!再問一句,,對于一個機(jī)械系統(tǒng),慣量比上限(或者是大概的上限)可以從數(shù)學(xué)原理角 ...

這個,,據(jù)我所知,,并不能通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)。

這個上限取決于每一家的技術(shù)水平,,伺服控制器開發(fā)的好,,允許的慣量比就比較大。舉一個很簡單的例子,,系統(tǒng)做出來之后,,就會有一個固有的共振頻率,,并且這個頻率在大批量產(chǎn)品上會出現(xiàn)小范圍的波動,如果控制器沒辦法消除這個共振,,那么臨近共振頻率的值,,就是驅(qū)動器的上限了,你的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)無法超出它的限制,。好一些的廠家會給驅(qū)動器增加自我學(xué)習(xí)功能,,上電自檢的時候,找到這個共振頻率,,然后自動在變頻器里面設(shè)置跳過這個頻率段,。很簡單的一個設(shè)置,但也不是所有廠家都能做到的,。
同時也看廠家的策略,,有些廠家比較激進(jìn),給出的允許變量比就比較大,,比如日系,。有些廠家比較保守,給出的值就比較小,,比如歐美系,。有些廠家隨便標(biāo),信不信由你,,比如某些國產(chǎn)品牌

25#
 樓主| 發(fā)表于 2018-11-12 15:09:53 | 只看該作者
塵世天涯 發(fā)表于 2018-11-12 14:48
這個,,據(jù)我所知,并不能通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo),。

這個上限取決于每一家的技術(shù)水平,,伺服控制器開發(fā)的好,允 ...

大俠所解釋的系統(tǒng)選型時選擇合適慣量比是基于控制理論做的解釋,,按我的理解,,這個理論大意是慣量比會影響系統(tǒng)的傳遞函數(shù),進(jìn)而影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng),,慣量比過大,,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)差到一定程度,超出了伺服驅(qū)動的控制技術(shù)水平,,那么系統(tǒng)就要出問題了,。

我還看到一套理論,是從碰撞學(xué)的角度來解釋,,大意是馬達(dá)與機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)之間有間隙,,馬達(dá)加減速過程中,會產(chǎn)生類似于消除間隙后的來回碰撞現(xiàn)象,,慣量比過大,,會導(dǎo)致小慣量馬達(dá)與大慣量負(fù)載碰撞導(dǎo)致的小慣量馬達(dá)回彈幅度比較大,,這樣增加了控制系統(tǒng)調(diào)整的難度,回彈幅度過大時,,控制系統(tǒng)就應(yīng)付不了了

大俠對這兩種解釋怎么理解,?兩者理論內(nèi)涵是一致的,還是說兩個中一個對一個錯,?可否深入剖析一下,?
26#
發(fā)表于 2018-11-12 15:28:31 | 只看該作者
塵世天涯 發(fā)表于 2018-11-10 13:08
這個只談最理想的工況。

實際項目在考慮性能的基礎(chǔ)上,,仍然要考慮價格,。最終用多大的慣量比,取決于應(yīng) ...

“扭矩夠不夠,,是好不好用的問題
慣量比對不對,是能不能用的問題”

是否反了,?
27#
發(fā)表于 2018-11-12 18:02:54 | 只看該作者
siaoma3160 發(fā)表于 2018-11-12 15:09
大俠所解釋的系統(tǒng)選型時選擇合適慣量比是基于控制理論做的解釋,,按我的理解,這個理論大意是慣量比會影響 ...

彈性碰撞理論,,我認(rèn)為跟我前面提到的理論并不矛盾,。

理想情況下,負(fù)載的動量和電機(jī)轉(zhuǎn)子的動量可以理解為完全彈性碰撞,,動量在瞬間轉(zhuǎn)移,,而驅(qū)動器的作用就是把電機(jī)轉(zhuǎn)子在瞬間獲取的速度在盡可能短的時間抵消掉,并且重新轉(zhuǎn)化為正值,,再次與負(fù)載進(jìn)行“碰撞”,,可以理解為,負(fù)載前進(jìn)的過程,,就是無數(shù)次彈性碰撞的過程,。到達(dá)位置之后減速的過程剛好相反。驅(qū)動器可以依靠調(diào)整施加給轉(zhuǎn)子的單次的能量和頻率來間接的調(diào)整負(fù)載的速度和位置,。

實際的情況,,系統(tǒng)不可能完全是剛性,任何傳動系統(tǒng)都有間隙,,即使是實心的零件,,仍然會有彈性變形,這就相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子和彈簧之間增加了一個彈簧,,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在調(diào)整的時候存在很大的滯后性,,因此一定會有超調(diào),只是調(diào)整的時間長短而已,。

當(dāng)轉(zhuǎn)子慣量相當(dāng)于負(fù)載慣量較小的時候,,超調(diào)量就會額外增加,,這個也很好理解,慣量比是1的時候,,理想情況只要一次碰撞,,負(fù)載就可以停住,慣量比是10的時候,,同樣條件要碰撞10次,,負(fù)載才能停住。額外增加的調(diào)整時間就會影響系統(tǒng)的動態(tài)性能,,因為需要的調(diào)整時間變長了,,在要求的時間內(nèi)走不到位。

當(dāng)轉(zhuǎn)子慣量遠(yuǎn)小于負(fù)載慣量的時候,,就會發(fā)生嘯叫,,自激擺動。電機(jī)上電以后,,首先就是自己定位,,如果放在顯微鏡下面看,即使是不轉(zhuǎn)的情況下,,電機(jī)軸也是在做高頻率擺動的,。慣量比大到超過系統(tǒng)允許值的時候,就會發(fā)生“跑過”,。電機(jī)不轉(zhuǎn)時候可以理解為允許的調(diào)整時間為無限長,,因此電機(jī)一定可以到達(dá)位置,但是到位以后停不下來,,會沖過去,,之后掉頭,再次沖過,,二次掉頭,,二次沖過,如此反復(fù),。本來只是微小的擺動,,變得頻率越來越高(嘯叫),幅度越來越大(自激擺動)




28#
發(fā)表于 2018-11-12 18:05:47 | 只看該作者
fangyunsheng 發(fā)表于 2018-11-12 15:28
“扭矩夠不夠,,是好不好用的問題
慣量比對不對,,是能不能用的問題”

扭矩不夠,如果應(yīng)用場景降低要求,,比如把加速度降下來,,仍然可以用的,只是不能完全滿足要求,。因此是好不好用的問題

慣量比不對,,電機(jī)上電就會出問題,,參考樓上的解釋。在不改變硬件(電機(jī),,減速機(jī),,傳動鏈,負(fù)載)的情況下,,這個問題無解,。因此是能不能用的問題


29#
發(fā)表于 2018-11-13 07:41:20 | 只看該作者
塵世天涯 發(fā)表于 2018-11-12 18:05
扭矩不夠,如果應(yīng)用場景降低要求,,比如把加速度降下來,,仍然可以用的,只是不能完全滿足要求,。因此是好不 ...

如果扭矩不夠,,根本不能帶動負(fù)載正常運動呢?

慣量不匹配,,倒是可以通過改變升降速時間來改善吧
30#
 樓主| 發(fā)表于 2018-11-13 08:42:32 | 只看該作者
塵世天涯 發(fā)表于 2018-11-12 18:02
彈性碰撞理論,,我認(rèn)為跟我前面提到的理論并不矛盾。

理想情況下,,負(fù)載的動量和電機(jī)轉(zhuǎn)子的動量可以理解 ...

受教了!再次感謝,!
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