资料：转动惯量大小与伺服系统的关系【转载】(2013-02-16 09:50:08)转载标签：教育我们选伺服电机，一般为了高速定位，资料上都推荐负载惯量比电机转子惯量，不大于3。可是我就不明白了： 这关电机转子惯量啥事？ 电机只管输出转矩就行了！换句话说，两台电机输出同样的假设可以输出同样的力矩，那么应该是电机转子惯量越小的越好啊！ 因为电机克服自身惯量所需要的力就少了！ 而且电机惯量越小，越利于高速启停啊。那为啥还得电机惯量和负载惯量匹配呢？ 刘志斌 8楼 回复时间：2008-7-17 10:41:42“本质问题是电机惯量小，力矩就小的缘故”，楼上的是这个意思吗？ 踏沙行 9楼 回复时间：2008-7-17 10:44:27基本是这个意思。之所以受到制约，就是因为加工和设计工艺的原因。 这也是为什么有些电机有这个指标：扭矩质量比。 牛x的伺服厂家，这个指标很高的。不牛的厂家，一般都不提。波恩 18楼 回复时间：2008-7-17 21:08:51系统追求快速性的本质在于运动部件的加减速能力，因而才会有“小马拉大车，还是大马拉小车”的比喻，在这里马的大小指的是力矩能力，车的大小指的是系统惯量，要追求系统的加减速能力，就必须以相对更大的力矩去拖动目标惯量，在业内关于几倍惯量匹配之说，只不过是一种概念性的指导，同样力矩的伺服电机，完全可以有不同的转子惯量，同理，相同的转子惯量，也可能对应不同的力矩能力，因此单纯以惯量比来衡量系统的快速性，显然是存在差异的。所以说，对于最终系统而言，需要关心不是转子与负载的惯量比，而是电机力矩能力与系统总惯量（电机惯量与负载惯量之和）的比，即系统加减速能力。 至于电机的惯量大小与力矩大小的关系，其实并不存在严格的对应关系，在特定的电磁设计水平下，电机的力矩正比于气隙所围成的圆柱体的体积，这个体积越大，力矩越大，在相同的体积下，转子越细长，惯量越小，越短粗惯量越大。 刘志斌 23楼 回复时间：2008-7-18 10:54:34 为了说明问题，我现举例说明几种情况： 1、大家都坐小车，如果小车的底盘很轻，你会有什么感觉？ 2、惯性飞轮为什么要增大惯量？ 3、为什么有重的鎯头，还有轻的鎯头，什么时候用重的，什么时候用轻的？ 5、用一个质量小弹球去打击一个质量大的钢块，是谁被打飞了？ 6、这个问题既不是小马拉大车的问题，也不是电机惯量小，力矩就小的缘故！ 7、之所以要“电机惯量和负载惯量匹配”的本质是，在电机与负载相互作用过程中，动量突变过程中，或者说出现冲击时，惯量小的一方加速度太大，速度变化太大而出现相互撞击或脱离失去控制的缘故！ 8、就是说，在电机带动负载运行期间，电机转子与负载之间在惯量匹配的情况下，相互撞击或冲击的作用就很小！否则就很大！ “大家都坐小车，如果小车的底盘很轻，你会有什么感觉？” 1、当小车底盘轻时，在路面不平事，就会出现激烈颠簸，这是因为车在与地面之间相互作用时，因为车的惯量小而产生的； 2、当你坐在车里，在激烈颠簸时，你会离开座位飞起来，是因为你得惯量太小，换一个200公斤的巨人就不会离开座位了； 刘志斌 28楼 回复时间：2008-7-18 17:16:04 1、从公式：角加速度=启动力矩/（负载转动惯量+电机转子转动惯量） 来看，电机转子转动惯量越小越好！2、而搂主的问题是，电机惯量和负载惯量匹配的问题：1）电机惯量和负载惯量匹配的问题，考虑的不是“角加速度=启动力矩/（负载转动惯量+电机转子转动惯量）”！2）电机惯量和负载惯量匹配的问题，考虑的是电机惯量和负载惯量之间的相互作用，与外力矩无关！3）如果电机惯量和负载惯量不匹配，就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较大的撞击！ 枫叶 29楼 回复时间：2008-7-18 17:41:4228楼说的很有道理，其实就是负载惯量的匹配问题 用过伺服驱动器的人都知道，伺服系统参数的调整跟惯量比有很大的关系，惯量比越大，参数调整越趋边缘化，也越难调整，振动抑制能力也越差。 所以惯量比大了，系统参数调整将会是一件很难做的事情。 在没有自适应调整的情况下，系统的默认参数在1-3倍惯量下，系统会达到最佳工作状态。 firstrazor 30楼 回复时间：2008-7-18 20:15:04 基本同意刘志斌的，很形象地解释了惯量比关乎系统稳定性的问题。 firstrazor 31楼 回复时间：2008-7-18 20:19:26 枫叶解释也同意。自适应调整就是测出实际系统的惯量比，这是一个已确定的系统中唯一与负载有关的变数。有了惯量比和其他一些系统固有参数，就可以决定控制系统的调整参数了。刘志斌35楼 回复时间：2008-7-19 9:24:59 “负载和电机轴之间的联轴器松了，那肯定不行” 1、电机惯量和负载惯量匹配的问题，就是针对转子与负载之间的动量传递时的撞击及稳定性的问题； 2、楼上说的非常好，如果把转子与负载连成一个整体，那就是定子与负载的问题了，如果把定子与地球连成一个整体，那就是负载与地球之间的问题了； 3、其实你在说话中，早已接受“电机惯量和负载惯量匹配”的结论了，并且提出了解决的办法，就是将联轴器千万别搞“松了”，要紧固好！ 刘志斌 36楼 回复时间：2008-7-19 9:31:05 “电机选型本质上还是要力矩，只不过一些工程计算上为负载力矩计算可能太麻烦，所以才有一个经验公式。 而这个经验公式依赖的依据是：一般来讲，惯量大的电机，那么输出的力矩也大。” 1、电机选型是要“力矩”； 2、电机选型也要“电机惯量和负载惯量匹配” 3、一个是做功的问题，一个是系统稳定的问题，它们之间是独立的概念问题，是两回事； firstrazor 37楼 回复时间：2008-7-19 9:46:18 再次同意一下刘志斌的说法 刘志斌 38楼 回复时间：2008-7-19 10:37:36 我举个物理实验的例子： 1、两个质量、大小完全相同的小球，以不同速度在一条直线轨道上同向运动，在碰撞后，两球交换速度同向运行； 2、两个质量、大小完全不相同切相差很大的小球，以不同速度在一条直线轨道上同向运动，在碰撞后，两球可能以不同速度反向运行； 波恩 39楼 回复时间：2008-7-19 10:46:17 而这个经验公式依赖的依据是：一般来讲，惯量大的电机，那么输出的力矩也大这么多年来，业界这个似真似假的误导的源头正在于这个“一般来讲”！ 以三菱的J2系列伺服为例，HC-KFS73型小容量超低惯量电机的转子转动惯量为1.51kg*cm*cm，HC-MFS73型小容量超低惯量电机的转子转动惯量为0.6kg*cm*cm，HC-UFS73型小容量扁平式电机的转子转动惯量为5.9kg*cm*cm，HC-SFS73型中容量中惯量电机的转子转动惯量为6.6kg*cm*cm，这4款电机的额定力矩同为2.4Nm或2.39Nm，而转子自身的转动惯量的差额已最高可达11倍之多，试问该如何套用13倍的负载惯量比的选型原则？ 刘志斌 40楼 回复时间：2008-7-19 10:52:431、一台机器，总是由若干个部件构成，机器在运行一段时间后，各个部件之间会松动，也是同样的原因； 2、ShowFine 网友，如果你跟机器打交道时间长了，你就会发现有些“联轴器经常松动”，而有些“联轴器不经常松动”，除了联结的方法问题外，还有就是相互联结的两个物体之间惯量比的问题！ 3、还有很多工作在剧烈振动条件下的机器设备，如打桩机、打夯机、冲床等等，铁匠打铁用的惯量很大的“铁砧子”等等！ 刘志斌 41楼 回复时间：2008-7-19 10:59:16“一般来讲，惯量大的电机，那么输出的力矩也大”应该怎么说呢？ 1、我想这不是一条定律，就不要把它当一条定律来用； 2、输出力矩大的电机，体积做得大，惯量大。原因是力矩大，所以要体积做得大，惯量大； 3、不是因为体积做得大，惯量大，所以力矩大！ 刘志斌 42楼 回复时间：2008-7-19 11:04:34 要分清楚讨论问题的性质，不能考虑动力矩，与动力矩无关，是电机惯量和负载惯量之间的事情，是电机惯量和负载惯量之间的碰撞、冲击、松动的问题！ 双片机 55楼 回复时间：2008-7-19 22:08:43刘志斌分析得是有点道理，可是把转子和负载看成一个整体的话，又觉得不对呀！ 到底真理是什么？ 刘志斌 56楼 回复时间：2008-7-19 22:21:241、转子和负载是相互作用的个体，所以有惯量匹配问题； 2、如果把“转子和负载看成一个整体”，那定子与负载是相互作用的个体，所以有定子与负载的惯量匹配问题； 3、如果把定子与地球看成一个整体，那地球与负载是相互作用的个体，所以有地球与负载的惯量匹配问题； 刘志斌 57楼 回复时间：2008-7-19 22:23:581、转子和负载是相互作用的个体，所以有惯量匹配问题； 2、不匹配就容易松动，产生撞击声； 3、如果转子惯量过小，转子振动加大，容易机械损伤； 刘志斌72楼 回复时间：2008-7-21 16:24:40“在伺服系统应用中讲“惯量匹配”的根本目的就是要追求快速性与稳定性的平衡，绝不仅仅是稳定性。” 1、在伺服系统应用中讲“惯量匹配”的根本目的就是要追求“稳定性”，仅仅是“稳定性”！ 2、“追求快速性”与追求“稳定性”是一对矛盾，“追求快速性”就必须减小转子惯量，可是追求“稳定性”却要增大转子惯量，这就是前边讨论出现过的争论之一； 3、例如：在车辆设计制造中，也同样遇到此矛盾，小车的底盘“要重”就是为了“稳”，而小车的底盘“要重”却影响车的快速性和灵活性； 刘志斌 75楼 回复时间：2008-7-21 16:55:311、“稳定性”与“响应快速性”是一对矛盾，搞机械的无人不知！ 2、“稳定性”相关的概念就是“惯量匹配”； 3、“响应快速性”相关的概念就是动力学方程； 4、从稳定性出发，需增大转子惯量； 5、从“响应快速性”出发，需要减小转子惯量； 刘志斌 78楼 回复时间：2008-7-21 17:33:01“究竟是停止、是反向，取决的是质量和速度的乘积。而惯量是什么？是物体的固有属性啊，和速度有关系么？没有！”1、 质量就是平动物体的惯量，由于是转动，对应的就是转动惯量，所以质量就是惯量都是物体的固有属性； 2、碰撞后，两物体究竟是停止、是反向，取决的是质量比，就是惯量比； 刘志斌 80楼 回复时间：2008-7-21 17:41:15“根本理论依据就是转动定律。 ” 1、在物理学中，为什么把“碰撞”现象列出来讲？ 2、在物理学中，为什么用“动能”和“动量”两个物理量来描述物体的状态？ 3、在物理学中为什么有“动量守恒”而不一定“动能守恒”？ 刘志斌 81楼 回复时间：2008-7-21 17:53:59“只是不想看到个别人脱离伺服系统这样一个高度应用化的系统背景，空谈割裂的貌似都正确的概念而已，我不打算纠缠脱离系统的概念” 1、搂主的问题是“惯量匹配”，讨论这个概念的物理实质和意义，有碍什么哪？ 2、你愿意讨论别的没有人反对，例如“快速性”的问题，你不能用系统需要“快速性”反对系统也需要“稳定性”吧！ 3、如果知道“惯量匹配”