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首先申明一点，关于这个问题，每个人的理解或理解的角度不同，做出的解释可能不尽相同，甚至是完全相反。本文权且作浅学术层面的定性探讨，看作自圆其说也罢。如有不同看法，请在评价或跟帖时理清思路，或给我私信，本人乐于接受批评指正。如思路不清或说了一通，却跟问题的本质不沾边，本人一概不予理会。 所谓“惯量匹配”，是指为了在伺服控制律层面更好地控制电机(尤其是外部负载会发生变化的场合)，要求外部负载折算到电机轴的惯量JL与电机转子的惯量JM比值小于一个经验阈值。很明显地，从电机输出扭矩的角度来说，外部负载惯量(考虑到减速比，折算到电机轴)、电机转子惯量还有抱闸惯量都属于扭矩需要带动的负载，那么同样都属于负载，为什么需要对外部负载与电机转子的负载惯量比JL/JM作为要求呢？ 在百度文库“伺服电机惯量问题”一文中，有这样一句话：“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则可能随工件等负载而变化。如果希望总惯量J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。”这句话只是给出了一个结论性的东西，至于个中原因，需要进一步挖掘。 再来看另一篇文章“应用人员与伺服产品之优秀功能的笑与泪”，有这样一句话：“自整定是伺服驱动器对负载惯量进行了解，然后存入伺服驱动器，调试者只要调整速度环和位置环参数就可以了”。从这句话可以看出现行大多数伺服驱动器大致的参数整定原理：驱动器需要知道负载惯量比(外部等效负载惯量/电机转子惯量)，接着根据这个比值载入出厂预设的电流环全部参数、速度环和位置环的部分参数，然后调试者调整速度环和位置环的相关参数(一般是PI参数)。由上分析可以看出，负载惯量比对伺服驱动器的参数整定是一个很重要的参数。 我们再来看第三篇文章“伺服系统惯量辨识及谐振抑制方法研究_李杰硕士论文”，有一段叙述（为保持行文风格一致，对原文做了适当改写）：“在实际工程应用中，人们还常常通过调节伺服系统机械结构参数来避免或削弱谐振现象。减小负载惯量比，则传动柔性对系统的影响越小。通过实验给出了相同外部负载惯量条件下，选择不同电机惯量对伺服系统谐振方程的开环Bode图的影响，可以看出增加电机转动惯量可以明显降低谐振点谐振幅值，提高伺服系统稳定性。但增大电机惯量通常意味着选用更大型号的电机和驱动器，该方法常常带来工程成本的增加。”这篇文章通过实验的形式也给出了一个结论，那怎么样来解释其中的原因呢? 综合第一和第三篇文章，我结合自己的理解，尝试着从伺服控制律的层面来解释。我们知道(不知道的，请自行脑补)，PID三环控制在参数整定时，往往是凭经验，而且永远没有最优参数组合。这说明，一组合适的PID参数对机械结构参数在一定范围内变化具备鲁棒性，或者说具有一定的稳定裕度。那外部负载JL在总惯量J中的占比越小或者说外部等效负载惯量/电机转子惯量的值越小，相应的的一组合适的PID参数的适应范围就越大。反过来说，外部负载JL在总惯量J中的占比越大或者说外部等效负载惯量/电机转子惯量的值越大，相应的一组合适的PID参数越靠近适应范围的边缘。我把这个称为“边缘效应”。那进一步深挖，电机转子的惯量跟这个PID参数是怎么发生联系的呢？我们知道，直观上来讲，电机转子惯量越小，电机越细长；惯量越大，电机越扁粗。在额定功率相同、极对数相同、转子惯量不同的电机在输出相同力矩的情况下，转子惯量大的电机，绕组电流越小(由简单的理论力学和电磁学知识即可理解)。然后，在结合第二篇文章，电流环参数在三环参数里面影响是占主导位置的。绕组电流的减小，减弱了电流环对整个三环的影响。那么，现在应该明白“惯量匹配”是怎么回事了吧？ 另外，关于抱闸惯量应该记在电机转子惯量里面还是记在外部等效负载惯量里面就不用我解释了吧？ 参考文献： 1、 伺服电机惯量问题，百度文库 2、 应用人员与伺服产品之优秀功能的笑与泪，山龙科技 3、 李杰，伺服系统惯量辨识及谐振抑制方法研究，哈尔滨工业大学
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发表于 2016-5-5 21:22:07
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