淺析伺服電機的剛性和慣量。

      要說(shuō)伺服電機的剛性，先說(shuō)剛度。

      伺服電機的剛度是指材料或結構在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，是材料或結構彈性變形難易程度的表征。材料的剛度通常用彈性模量E來(lái)衡量。在宏觀(guān)彈性范圍內，剛度是零件荷載與位移成正比的比例系數，即引起單位位移所需的力。它的倒數稱(chēng)為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度。
      一個(gè)結構的剛度(k)是指彈性體抵抗變形拉伸的能力。

      k=P/δ

      P是作用于結構的恒力，δ是由于力而產(chǎn)生的形變。

      轉動(dòng)結構的轉動(dòng)剛度(k)為：

      k=M/θ

      其中，M為施加的力矩，θ為旋轉角度。

      舉個(gè)例子，我們知道鋼管比較堅硬，一般受外力形變小，而橡皮筋比較軟，受到同等力產(chǎn)生的形變就比較大，那我們就說(shuō)鋼管的剛性強，橡皮筋的剛性弱，或者說(shuō)其柔性強。

      在伺服電機的應用中，用聯(lián)軸器來(lái)連接電機和負載，就是典型的剛性連接;而用同步帶或者皮帶來(lái)連接電機和負載，就是典型的柔性連接。

      電機剛性就是電機軸抗外界力矩干擾的能力，而我們可以在伺服控制器調節電機的剛性。

      伺服電機的機械剛度跟它的響應速度有關(guān)。一般剛性越高其響應速度也越高，但是調太高的話(huà)，很容易讓電機產(chǎn)生機械共振。所以，在一般的伺服放大器參數里面都有手動(dòng)調整響應頻率的選項，要根據機械的共振點(diǎn)來(lái)調整，需要時(shí)間和經(jīng)驗(其實(shí)就是調增益參數)。

      在伺服系統位置模式下，施加力讓電機偏轉，如果用力較大且偏轉角度較小，那么就認為伺服系統剛性強，反之則認為伺服剛性弱。注意這里我說(shuō)的剛性，其實(shí)更接近響應速度這個(gè)概念。從控制器角度看的話(huà)，剛性其實(shí)是速度環(huán)、位置環(huán)和時(shí)間積分常數組合成的一個(gè)參數，它的大小決定機械的一個(gè)響應速度。

      像松下和三菱伺服都有自動(dòng)增益功能，通常不需要特別去調整。國產(chǎn)的一些伺服，只能夠手工調整。

      其實(shí)如果你不要求定位快，只要準，在阻力不大的時(shí)候，剛性低，也可以做到定位準，只不過(guò)定位時(shí)間長(cháng)。因為剛性低的話(huà)定位慢，在要求響應快，定位時(shí)間短的情況下，就會(huì )有定位不準的錯覺(jué)。

      而慣量描述的是物體運動(dòng)的慣性，轉動(dòng)慣量是物體繞軸轉動(dòng)慣性的度量。轉動(dòng)慣量只跟轉動(dòng)半徑和物體質(zhì)量有關(guān)。一般負載慣量超過(guò)電機轉子慣量的10倍，可以認為慣量較大。

      導軌和絲杠的轉動(dòng)慣量對伺服電機傳動(dòng)系統的剛性影響很大，固定增益下，轉動(dòng)慣量越大，剛性越大，越易引起電機抖動(dòng);轉動(dòng)慣量越小，剛性越小，電機越不易抖動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)更換較小直徑的導軌和絲桿減小轉動(dòng)慣量從而減小負載慣量來(lái)達到電機不抖動(dòng)。

      我們知道通常在伺服系統選型時(shí)，除考慮電機的扭矩和額定速度等等參數外，我們還需要先計算得知機械系統換算到電機軸的慣量，再根據機械的實(shí)際動(dòng)作要求及加工件質(zhì)量要求來(lái)具體選擇具有合適慣量大小的電機。

      在調試時(shí)(手動(dòng)模式下)，正確設定慣量比參數是充分發(fā)揮機械及伺服系統最佳效能的前提。

      那到底什么是“慣量匹配”呢?

      其實(shí)也不難理解，根據牛二定律：

      進(jìn)給系統所需力矩= 系統轉動(dòng)慣量J × 角加速度θ

      角加速度θ影響系統的動(dòng)態(tài)特性，θ越小則由控制器發(fā)出指令到系統執行完畢的時(shí)間越長(cháng)，系統反應越慢。如果θ變化，則系統反應將忽快忽慢，影響加工精度。

      伺服電機選定后最大輸出值不變，如果希望θ的變化小，則J就應該盡量小。

      而上面的，系統轉動(dòng)慣量J=伺服電機的旋轉慣性動(dòng)量JM + 電機軸換算的負載慣性動(dòng)量JL。

      負載慣量JL由工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線(xiàn)和旋轉運動(dòng)件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成。JM為伺服電機轉子慣量，伺服電機選定后，此值就為定值，而JL則隨工件等負載改變而變化。如果希望J變化率小些，則最好使JL所占比例小些。

      這就是通俗意義上的“慣量匹配”。

      一般來(lái)說(shuō)，小慣量的電機制動(dòng)性能好，啟動(dòng)，加速停止的反應很快，高速往復性好，適合于一些輕負載，高速定位的場(chǎng)合。中、大慣量的電機適用大負載、平穩要求比較高的場(chǎng)合，如一些圓周運動(dòng)機構和一些機床行業(yè)。

      所以伺服電機剛性過(guò)大，剛性不足，一般是要調控制器增益改變系統響應了。慣量過(guò)大，慣量不足，說(shuō)的是負載的慣量變化和伺服電機慣量的一個(gè)相對的比較。

      轉載請說(shuō)明來(lái)自西安泰富西瑪電機（西安西瑪電機集團股份有限公司）官方網(wǎng)站：http://www.dcmarijuanacard.com/zixun/dianjibaike138.html

      以上內容由西安泰富西瑪電機（西安西瑪電機集團股份有限公司）網(wǎng)絡(luò )編輯部收集整理發(fā)布，僅為傳播更多電機行業(yè)相關(guān)資訊及電機相關(guān)知識，僅供網(wǎng)友、用戶(hù)、及廣大經(jīng)銷(xiāo)商參考之用，不代表西安泰富西瑪電機同意或默認以上內容的正確性和有效性。讀者根據本文內容所進(jìn)行的任何商業(yè)行為，西安泰富西瑪電機不承擔任何連帶責任。如果以上內容不實(shí)或侵犯了您的知識產(chǎn)權，請及時(shí)與我們聯(lián)系，西安泰富西瑪電機網(wǎng)絡(luò )部將及時(shí)予以修正或刪除相關(guān)信息。