惯量匹配和电机选型.doc

惯量匹配和伺服电机的选型惯量匹配在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机。在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J角加速度”。加速度影响系统的动态特性，越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于电机选定后最大输出T值不变，如果希望的变化小，则J应该尽量小。进给轴的总惯量J伺服电机的旋转惯性动量JM电机轴换算的负载惯性动量JL。负载惯量JL由（以工具机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到电机轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，电机的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，但大多要求JL与JM的比值小于10。一句话，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。伺服电机选型伺服电机选择的步骤：1、确定机构部确定机构的各个部件和传动方式。2、确定运转模式 确定电机轴的加减速时间，匀速运动时间、停止时间、循环时间和移动距离或角度。除了特别需要的情况，加减速时间、停止时间尽量选得大些，这样就可能选择小容量的电机。3、计算负载惯量和惯量比根据相关参考资料，计算负载各个部件的惯量，并且转换到电机轴上对应的惯量。按照通常标准，750W以下的电机，惯量比要小于20；1000W以上的电机，惯量比要小于10。若要求快速响应，则需要选择小惯量比的电机。如果加速时间较长，可以选择较大的惯量比。4、计算转速根据加减速时间、匀速时间和移动距离，计算电机轴的最大转速，要保证最大转速小于额定转速。如果电机运行时达到最高转速，应注意转矩和温度的上升。5、计算转矩根据负载惯量、加减速时间和匀速时间计算电机转矩。（1）峰值转矩 运转过程中电机的最大转矩，应保证最大转矩为电机允许最大转矩的80%以下。（2）移动转矩和保持转矩 电机长时间稳定工作时的转矩，应保证最大转矩为电机允许最大转矩的80%以下。（3）有效转矩 整个运转周期中所需转矩的平方均值的单位时间数值，应保证最大转矩为电机允许最大转矩的80%以下。T rms=Ta2ta+Tf2tb+Td2tdtc其中：Ta：加速时的转矩 ta：加速