伺服电机的转子惯量

伺服电机的刚性和惯量如何理解？

要说刚性，先说刚度。

刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力，是材料或结构弹性变形难易程度的表征。材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。

一个结构的刚度（k）是指弹性体抵抗变形拉伸的能力。

k=P/δ

P是作用于结构的恒力，δ是由于力而产生的形变。

转动结构的转动刚度（k）为：

k=M/θ

其中，M为施加的力矩，θ为旋转角度。

举个例子，我们知道钢管比较坚硬，一般受外力形变小，而橡皮筋比较软，受到同等力产生的形变就比较大，那我们就说钢管的刚性强，橡皮筋的刚性弱，或者说其柔性强。

在伺服电机的应用中，用联轴器来连接电机和负载，就是典型的刚性连接；而用同步带或者皮带来连接电机和负载，就是典型的柔性连接。

电机刚性就是电机轴抗外界力矩干扰的能力，而我们可以在伺服控制器调节电机的刚性。

伺服电机的机械刚度跟它的响应速度有关。一般刚性越高其响应速度也越高，但是调太高的话，很容易让电机产生机械共振。所以，在一般的伺服放大器参数里面都有手动调整响应频率的选项，要根据机械的共振点来调整，需要时间和经验（其实就是调增益参数）。

在伺服系统位置模式下，施加力让电机偏转，如果用力较大且偏转角度较小，那么就认为伺服系统刚性强，反之则认为伺服刚性弱。注意这里我说的刚性，其实更接近响应速度这个概念。从控制器角度看的话，刚性其实是速度环、位置环和时间积分常数组合成的一个参数，它的大小决定机械的一个响应速度。

像松下和三菱伺服都有自动增益功能，通常不需要特别去调整。国产的一些伺服，只能够手工调整。

其实如果你不要求定位快，只要准，在阻力不大的时候，刚性低，也可以做到定位准，只不过定位时间长。因为刚性低的话定位慢，在要求响应快，定位时间短的情况下，就会有定位不准的错觉。

伺服电机低惯量及高惯量的区别

摘要: 转动惯量=转动半径*质量 低惯量就是电机做的比较扁长，主轴惯

量小，当电机做频率高的反复运动时，惯量小，发热就小。所以低惯量的电

机适合高频率的往复运动使用。但是一般力矩相对要小些。高惯量的伺服电

机就比较粗 ...

转动惯量=转动半径*质量

低惯量就是电机做的比较扁长，主轴惯量小，当电机做频率高的反复运动

时，惯量小，发热就小。所以低惯量的电机适合高频率的往复运动使用。但

是一般力矩相对要小些。高惯量的伺服电机就比较粗大，力矩大，适合大力

矩的但不很快往复运动的场合。因为高速运动到停止，驱动器要产生很大的

反向驱动电压来停止这个大惯量，发热就很大了。

惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大

小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。（刚体是指 理

想状态下的不会有任何变化的物体）,选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电

机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量，对于电机的加减速

来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳.

一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，高速

往复性好，适合于一些轻负载，高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。

中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合，如一些圆周运动机

构和一些机床行业。

如果负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电

第５０卷　２０１７年　第１１期　１１月　徽＇Ｉ｝枫　ＭＩＣＲＯＭ０ＴＯＲＳ　Ｖｏ１．５０．Ｎｏ．１１　ＮＯＶ．２０１７　

伺服电机负载惯量比的合理取值　

黄捷建　，张静　，李　浩　，陈顺利　

（１．深圳市雷赛智能控制股份有限公司，深圳５１８０５２；２．陕西国防职业技术学院，西安７１０３００）　

摘要：国内外对伺服系统惯量匹配的理解有较大不同，本文提出工程应用中惯量匹配的涵义。在装备制造业实际　应用中，绝大部分是不按惯量匹配来设计的。同时分析了惯量不匹配较严重时，对伺服系统有何影响。重点指出，　在伺服系统中，需要研究的不是实现负载惯量匹配，而是实现负载惯量与电机惯量的比率在合理的范围，确保系统　的快速响应而且能稳定运行。最后给出了在负载惯量与电动机惯量高度不匹配的应用中可采取的应对措施。　关键词：惯量；惯量比；惯量匹配；刚性；伺服驱动系统　中图分类号：ＴＭ３８３．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—６８４８（２０１７）１１—００７２—０４　

Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｅｒｔｉａ　Ｒａｔｉｏ　Ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｌｏａｄ　ａｎｄ　Ｍｏｔｏｒ　

ＨＵＡＮＧ　Ｊｉｅｊｉａｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎｇ　，ＬＩ　Ｈａｏ。，ＣＨＥＮ　Ｓｈｕｎｌｉ　（１．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｌｅａｄｓｈｉｎｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１　８０５２，Ｃｈｉｎａ，ｏ　２．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

Ｘｉ＇ａｎ　７１０３００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｍａｔｃｈ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｌｏａｄ　ｔｏ　ｍｏｔｏｒ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｗａｓ　ｍｉｓｍａｔｃｈｅｄ　ｉｎ　ｍｏｓｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｍｉｓｍａｔｃｈ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｍｏｔｏｒ　ｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｔ’Ｓ　ｕｎｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｃｏｎｃｅｒｎ　ａｂｏｕｔ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｍａｔｃｈ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｍｏｔｏｒ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｒａｔｉｏ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｔｈｉｎｇ　ｓｈｏｕｌｄ　Ｎｅｕｓ　ｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｆａｓｔ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　ｇａｖｅ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｍｉｓｍａｔｃｈ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｍｏｔｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｅｒｔｉａ，ｉｎｅｒｔｉａ　ｒａｔｉｏ，ｉｎｅｒｔｉａ　ｍａｔｃｈｉｎｇ，ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　

伺服电机惯量比小于1

伺服电机惯量比小于1：探索精准控制的奇迹

1. 导言

在现代工业领域中，高精度和高效率的运动控制对于机械设备的性能至关重要。而伺服电机作为一种常见的运动控制元件，其能够通过闭环控制实现高精度的位置和速度调节。而伺服电机惯量比则是评估这种控制性能的一个重要指标。对于伺服电机惯量比小于1的情况，其具有较低的惯量，从而能够实现更快的响应速度和更精确的位置控制。本文将深入探讨伺服电机惯量比小于1的意义、影响因素以及应用案例，以便更全面地理解这一主题。

2. 伺服电机惯量比的定义和意义

伺服电机惯量比是指电机转子惯量与负载惯量的比值。在控制系统中，这一比值直接影响到伺服电机的动态特性。当惯量比小于1时，即电机转子的惯量较小，相对于负载来说，电机更容易迅速响应控制信号并实现精确的位置调节。这种控制特性是伺服电机惯量比小于1的主要意义所在。

3. 影响伺服电机惯量比的因素

要实现伺服电机惯量比小于1的控制特性，有几个关键因素需要考虑和优化：

3.1 电机选择与设计：选择合适的低惯量电机并进行相应的设计，以确保电机转子的惯量尽可能低。可以通过采用轻量化的材料、优化转子形状以及减少转子和轴承的摩擦来实现。

3.2 感知与反馈：对于精确的位置调节，准确的传感器和反馈系统至关重要。通过有效的传感器和高精度的反馈系统，可以实现对电机位置、速度和加速度等参数的实时感知和反馈，从而更好地控制电机的运动。

3.3 控制算法与参数调节：选择合适的控制算法，并通过适当的参数调节来实现对电机的精确控制。此过程需要考虑负载特性、控制要求以及系统静态与动态响应等因素，从而优化控制算法和参数设置，以实现最佳的控制性能。

4. 伺服电机惯量比小于1的应用案例

伺服电机惯量比小于1的控制特性在许多应用中都能发挥重要作用。以下是一些常见的应用案例：

4.1 机床加工：在数控机床中，伺服电机的控制性能对于实现高精度和高效率的加工至关重要。通过采用惯量比小于1的伺服电机，可以实现更精细的位置控制，从而提高加工质量和加工效率。