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标题: 怎样才算合适的惯量比？ [打印本页]
作者: 淡然 时间: 2017-1-13 14:39
标题: 怎样才算合适的惯量比？
本帖最后由 淡然 于 2017-1-13 14:39 编辑
对于运控系统，多大的惯量比是过大?
它会影响性能么？
如何可以通过整定来补偿呢？
机械联接（如联轴器）对其有何影响？
答案并不那么简单。
前文书我们提到惯量比与传动刚性之间的关系。
本期，我们试着通过一个简单的实验，帮助大家寻找一些线索。
这个实验是我早年入行不久，在参加一次产品应用培训时经历的。
本期底部有此实验的完整视频（视频无法上传）。
实验台非常简单，如上图所示，就是用一台 1.5kW 的伺服电机来带动一只 5 倍于电机转子惯量的钢制飞轮负载。换句话说，这个系统的惯量比为 5 : 1.
不过这个飞轮负载并不是直接连接在电机轴上的，而是安装在一根长约 1 米、直径约 10mm 的金属棒长轴上，并通过联轴器与电机轴相连。在实验中，这根金属棒长轴就模拟了设备中的机械传动机构。
同时这个飞轮负载在长轴上的位置是可以调节的，如果将其置于长轴上离电机较远的位置时，模拟机械传动系统的柔性连接。
将飞轮负载置于离电机较近的位置时，模拟传动系统的刚性连接。
先将负载置于电机远端。我们通过一些基本的整定功能对轴进行调整。
此时我们发现，如果使用较高的系统增益（响应带宽）参数，电机会产生剧烈抖动和嚣叫，系统变得极不稳定。为了获得稳定的运动性能，我们不得不将增益值降下来。
但相应的，系统的运动特性也变得很软，动态响应力度变弱，用手指就可以轻松来回转动负载。
接下来，将负载靠近电机，此时再对系统进行调整，则已经可以轻松的使用极高的系统增益值了，相应的，电机的动态响应力度变强，系统的运动特性也变得很硬，有了极高的动态特性。
在这个实验中，负载和电机的惯量比仅为 5 ：1，在使用同一套增益和频响值的情况下，仅仅是简单的调整负载离电机的远、近，就可以让系统的运动性能产生巨大的差异和变化：
远：不稳定的抖动或者稳定但较软的动态特性
近：稳定且有较硬的动态特性
看上去很难相信，这么一小段（约半米）的轴所带来的机械联接的刚性（弹性）的变化，都会影响到伺服系统的稳定性与动态性能。
前文书关于《惯量与驱动控制》一文我们讲过，对于大惯量的负载，在做完轴的自整定后，伺服环的增益值可能会很高，这是为了在大惯量负载时获得更好的动态性能。但是通常这样的增益值，是伺服系统基于系统刚性联接情况下计算出来的。如果系统刚性不那么好，那么系统将会变得不稳定，出现嚣叫。
通常要将伺服系统调的稳定，需要将增益值降下来，也就是降低系统响应频率。在这里，响应频率降下来后，系统立刻变得稳定，而且不再啸叫。然而，系统的性能也变软了，而且我们发现已经可以用手转动轴了。也就是说，响应频率的下降直接导致性能的下降。
如果需要更好的性能，那么比较现实的做法，是将电机和负载之间的联接刚性提高。
因此，惯量比多大是“太大了”以及多少合适，其实并没有标准答案。惯量比只是系统“方程式”中的一部分。所有的伺服系统，都需要在这几个方面相互平衡、折中、妥协：
在任何系统中，以上这三点我们是无法同时做到的。
比如要让一个惯量比达到100：1或者更高的系统运转起来，如果系统刚性不佳，此时就需要降低系统响应频率（即增益值）－在性能上妥协；或者我们仍然需要有较高的动态特性，那么就不能允许在电机和负载之间有任何间隙和柔性的联接，例如：直接驱动电机，直线电机技术，使得电机和负载直接联接在一起，传动系几乎没有间隙，达到极高的刚性，此时即便有很高的惯量比，系统性能依然可以极高。
下面这张基于经验的趋势图表，定性的诠释了惯量比与系统刚性和动态性能之间的关系，或许可以为我们在实际应用的系统设计和选型，起到一定的参考作用。
合适的惯量比主要取决于运动曲线有多么“激进”以及机械传动有多“硬”，不同的动态特性预期和传动刚性的差异，决定了特定运控系统所“适合”的惯量比。
一些速度较慢或者基本保持恒速运行的应用，如分度转台等，对惯量比要求并不苛刻，基本不要求个位数的惯量比，如果采用较好的刚性机械传动（如直接驱动电机），惯量比达到几百甚至上千有时也是可以接受的。
但对于那些高动态、高精度应用，比如：印刷的套准同步、三角机器人的高速抓取等，即使采用极佳的刚性传动，也不敢使用较大的惯量比（有时 10 都已经很大了）；而如果传动刚性不足，那么可能 1:1 的惯量比都大了。
正如趋势图中所示，基于不同的动态和精度性能，根据不同的传动机构类型所带来系统刚性差异，可能的惯量比匹配范围还是很大的，是需要在实际具体的运控应用中，区别对待，具体情况，具体分析的。
作者: hmhnh 时间: 2017-1-14 09:09
搞机械的，来了解下，谢谢分享
作者: 空想1990 时间: 2017-1-14 12:52
学习了 谢谢分享
作者: zhuzhout 时间: 2017-1-16 08:22
诊断技术上很实用的
作者: 燕南飞0871 时间: 2017-1-16 09:15
学习
作者: 张伟大bb 时间: 2017-1-16 09:36
非常受用，谢谢分享
作者: 陈李 时间: 2017-1-16 10:41
这篇文章我可以这样理解吗，在保证很好的刚性连接和满足机构中负载性能，选择是中的惯量比就可以啦。小惯量适合小负载、高速或者使用到平稳要求低的场合：大惯量比适合高负载，平稳要求高的场合
作者: 小弟波仔 时间: 2017-1-16 15:59
学习了
作者: 925269815 时间: 2017-1-16 20:34
标记下
作者: cunzhang3000 时间: 2017-1-16 21:24
研究研究
作者: 梦萦飞 时间: 2017-1-17 11:19
学习了，谢谢分享！
作者: 三轴坐标系 时间: 2017-1-17 12:58
学写了，谢谢
作者: yingqiuyao 时间: 2017-1-17 15:48
学习知识，永不嫌多。
作者: majingfeng 时间: 2017-1-18 13:19
嗯 这个不错 谢谢分享
作者: 屏风ing 时间: 2017-1-18 14:04
原来如此，难怪有些地方说5:1，有些地方说20:1的，答案在这里
作者: 骆欢 时间: 2017-1-18 15:42
我们一般惯量比大于5的话就加减速机了
作者: 0377zjp 时间: 2017-1-22 09:49
我会细看的
作者: 华子324 时间: 2017-1-22 22:19
好文，留着以后细细看。
现在我也遇到一个这样的问题。
先说以前的结构：100w伺服电机直连一个减速比10的减速机，下面带动两个小气缸来回180°快速摆动(摆动时间估计1s不到2s，停1s)，大概算了下，惯量比大概在1:3到1:5，实际用起来也比较稳定。
现在想改成同步带轮传动的结构，同步带轮为中空，这样中间可以走线管，按照实际位置情况带轮也只能在选减速比1:3或1:4，电机准备换成400w步进电机，大概算了一下，惯量比大概在1:100左右。
看了你的这个文章，感觉与电机减速机直连相比，同步带传动应该算比较软的连接了，都不知道能不能达到长期运行稳定的要求。
作者: zll3310737 时间: 2017-1-23 10:04
BOSS，文中提到的书《惯量与驱动控制》，哪里能看到？谢谢
作者: 993695946 时间: 2017-1-23 11:39
路过，顺便学习
作者: 淡然 时间: 2017-1-23 13:40
看这个链接，有更详细的文章。
http://mp.weixin.qq.com/mp/homepage?__biz=MzA4ODQ1MzEwMQ==&hid=12&sn=6c3d4ebd87672c48c3df5ac780f792c9#wechat_redirect
作者: zll3310737 时间: 2017-1-23 16:12
谢谢boss
作者: litingkun 时间: 2017-2-2 21:19
受教了，谢谢！
作者: 云月无心 时间: 2017-2-5 15:04
之前一直以为有一个固定的最优值，错了好久。
作者: 一只小蚂蚁 时间: 2017-2-6 09:36
收藏学习
作者: 63417138 时间: 2017-2-6 09:51
其实前面讲的轴与负载近端与远端的调整，实际上就是扭矩的调整，负载在远端时，扭矩大了很多。伺服电机当然会很吃力，刚性也就不足了
作者: 63417138 时间: 2017-2-6 09:57
其实每个伺服电机厂这都一个软件，计算在各种环境外负载的惯量与扭矩，当然各种参数是必不可少的。
很多同行只关注伺服电机的扭矩，但是惯量更加重要。
包括我们在选用滑台模组时，负载的机械臂中心有明确的要求，其实这就是影响惯量的因素，但是极少有人关注。
作者: 原来都是小草 时间: 2017-2-6 17:16
楼主辛苦了，一直很想找的资料，今天看到，收了
。
作者: 张晓刚zxg 时间: 2017-2-8 22:31
学习了，谢谢分享
作者: 894628281 时间: 2017-3-16 11:12
学习下，谢谢楼主分享
作者: zwr1234 时间: 2017-3-16 11:34
谢谢分享
作者: 国华科技 时间: 2017-3-22 16:04
有收获
作者: lolylx 时间: 2017-3-23 17:02
顶顶！
作者: 只有快乐 时间: 2017-5-10 21:40
围观大神贴
作者: qq173845245 时间: 2017-10-30 15:21
多谢分享~
作者: 生活， 时间: 2017-11-20 15:31
学习l
作者: 孤鹰GE 时间: 2017-11-20 15:46
学习
作者: bf_119 时间: 2017-11-22 17:36
这个东东还从来没用过。
作者: Liux_rVwTv 时间: 2017-11-23 08:38
学习
作者: iyxx37 时间: 2018-2-9 14:22
楼主的趋势图相当精彩，感谢
作者: 402529651 时间: 2018-2-9 19:32
视频哪里有？
作者: we2036hang 时间: 2018-2-10 09:48
这个介绍的比较不错，平时只是简单核算下惯量比
作者: 鲥鱼 时间: 2018-2-10 16:44
学习了，谢谢分享！
作者: 蓝色格 时间: 2018-2-11 08:37
很详细。
作者: jinql0919 时间: 2018-2-22 12:45
好好好好好好好好好
作者: zjhzsz 时间: 2018-3-13 20:25
仔细观摩
作者: threetigher 时间: 2018-3-13 23:26
进来学习！
作者: 新检量 时间: 2018-5-10 11:32
学习了，虽然我只是顶楼的
作者: 麦田守望者bj 时间: 2019-9-17 17:48
学习了，谢谢
作者: wendsk 时间: 2019-9-18 10:27
学习了
作者: 星幽孤魂 时间: 2019-10-19 11:18
学习了 谢谢分享
作者: louisbird 时间: 2020-2-28 13:30
好东西要顶
作者: 桃源居士A 时间: 2020-7-20 14:46
标记下
作者: 1062866603 时间: 2020-7-20 18:42
学习了，谢谢
作者: mengak001 时间: 2021-6-17 20:28
学习了
作者: 眸上有伤痕 时间: 2022-1-15 15:09
收藏
作者: 飞翔的阿Q 时间: 2022-1-28 17:07
大师，在选择联轴器时，如何计算转动惯量？
作者: 冷水黄金 时间: 2022-1-28 22:13
学习了。伺服电机用的少，了解也很有限，对里面很多专用名词也没有花精力去研究。
作者: 北晨易 时间: 2022-11-9 15:04
学习了
作者: 邢云鹤 时间: 2022-11-9 15:28
感谢分享
作者: wujianghao6521 时间: 2023-3-15 11:38
感谢
作者: 人外有人 时间: 2024-8-18 12:42
好文
作者: mycedar 时间: 2024-11-2 15:33
受教
作者: 1135711526 时间: 2024-11-4 11:33
谢谢分享
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