伺服电机选型时，为什么要惯量匹配？

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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？

cunzhang3000

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oldpipe

物理本质，无非牛顿第二定律 F=M*a。

拼搏人生

学习了

0377zjp

那是

菜鸟科学

Tr=J*α

丹东液压

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机械仔小k

好东西，这对于我们之后选电机有很大的帮助

空想1990

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yuanrong

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