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1、伺服电机选型的原则

1.1负载/电机惯量比正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提，此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，伺服系统参数的调整跟惯量比有很大的关系，若负载电机惯量比过大，伺服参数调整越趋边缘化，也越难调整，振动抑制能力也越差，所以控制易变得不稳定；在没有自适应调整的情况下，伺服系统的默认参数在1~3倍负载电机惯量比下，系统会达到最佳工作状态，这样，就有了负载电机惯量比的问题，也就是我们一般所说的惯量匹配，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冲击；下面分析惯量匹配问题。TM-TL=(JM+JL)α（1）式中，TM———电机所产生的转矩；TL———负载转矩；JM———电机转子的转动惯量；JL———负载的总转动惯量；α———角加速度。由上式[2]可知，角加速度α影响系统的动态特性，α越小，则由控制器发出的指令到系统执行完毕的时间越长，系统响应速度就越慢；如果α变化，则系统响应就会忽快忽慢，影响机械系统的稳定性。由于电机选定后最大输出力矩值不变，如果希望α的变化小，则(JM+JL)应该尽量小。JM为伺服电机转子的转动惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则根据不同的机械系统类型可能是定值，也可能是变值，如果JL是变值的机械系统，我们一般希望(JM+JL)变化量较小，所以我们就希望JL在总的转动惯量中占的比例就小些，这就是我们常说的“惯量匹配”[3]。通过以上分析可知：①转动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量越小，系统的动态特性反应越好，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，也越难控制，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。②机械系统的惯量需和电机惯量相匹配才行，负载电机惯量比是一个系统稳定性的问题，与电机输出转矩无关，是电机转子和负载之间冲击、松动的问题[4]。不同负载电机惯量比的电机可控性和系统动态特性如下：（1）一般情况下，当JL≤JM时,电机的可控性好，系统的动态特性好；（2）当JM<JL≤3JM时，电机的可控性会些稍降低，系统的动态特性较好；（3）当JL>3JM时，电机的可控性会明显下降，系统的动态特性一般。不同的机械系统，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现，但大多要求负载惯量与电机惯量的比值小于10，总之，惯量匹配的确定需要根据具体机械系统的需求来确定的[5]。需要注意的是，不同系列型号的伺服电机给出的允许负载电机惯量比是不同的，可能是3倍、15倍、30倍等，需要根据厂家给定的伺服电机样本确定。常见的机械类型驱动方式有：①滚珠丝杠(直接连接)，②滚珠丝杠(减速)，③齿条和小齿轮，④同步皮带(传送带)，⑤链条驱动，⑥进料辊，⑦主轴驱动等，计算时需要根据具体的机械类型驱动方式来计算负载惯量。式（2）为负载发电量的通用计算公式。JL=Mj=1ΣJjωjωωω2+Nj=1ΣmjVjωωω2（2）式中，Jj———各转动件的转动惯量，kg·m2；ωj———各转动件角速度，rad/min；mj———各移动件的质量，kg；Vj———各移动件的速度，m/min；ω———伺服电机的角速度，

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