伺服电机惯量匹配
伺服 惯量
伺服惯量
伺服惯量指的是伺服电机在转动过程中产生的惯量，它是由电机的转子、机械传动系统和负载的惯量组成。
具体来说，伺服惯量的大小取决于电机的转子惯量和机械传动系统的惯量。
对于高速高精度的系统，需要特别关注惯量匹配问题。
因为如果伺服电机的转动惯量与负载的转动惯量不匹配，可能会导致系统动态特性不佳，定位精度下降，甚至出现振荡等问题。
此外，对于不同负载情况，伺服电机的转动惯量可能会有不同的影响。
例如，在高速往复运动的场合，需要选择转动惯量较小的伺服电机，以减小负载惯量对系统的影响。
而在需要平稳运行的场合，需要选择转动惯量较大的伺服电机，以减小机械系统的振动和噪声。
因此，在实际应用中，需要根据具体的负载情况和系统要求，选择合适的伺服电机和传动系统，以获得最佳的系统性能。
伺服电机转子转动惯量与惯量比例关系
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伺服电机惯量比的确定
伺服电机惯量比的确定
在进行自动增益调整或手动增益调整前，必须首先进行惯量比的确定。
伺服电机的惯量直接关系到伺服电机的稳定性和精确度；
（1）惯量越小，精度越高；
（2）惯量越大，稳定性越高；
选择伺服电机，就是选择精度性和稳定性之间找到平衡点。
惯量比是负载惯量和电机惯量之间的比值，在小功率750W以下，可以20倍匹配，较优为5倍匹配。
根据惯量比，可以估算出伺服系统的加减速时间是否能满足设备工艺要求。
惯量比和电机功率的选择和匹配，是由控制要求决定的、加减速时间的大小来确定的。
汇川公司伺服驱动器IS6209惯量确定步骤：
预设置惯量比小于10倍，惯量比参数H08-15设置其参数：
H09-05, 离线惯量辨识模式；
H09-06, 惯量辨识较大速度；
H09-07, 惯量辨识加减速时间；
H09-08, 单次惯量辨识完成后等待时间；
H09-09, 完成单次惯量辨识需电机转动圈数；
松下公司A5系列伺服驱动器惯量比确定：
预设置惯量比，Pr0.04；在实时自动增益调整有效时，伺服电机带动负载运行时，实时监测出惯量比，每隔30分钟将惯量比存入EEPROM内存之中。
「计算」电机选型计算中的惯量详解
“旺材电机与电控”提醒您不要走开，文末有福利！在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。
其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的 扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，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，这样，就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”？1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J × 角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。
如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量JM ＋ 电机轴换算的负载惯性动量JL 。
负载惯量JL由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
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则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定？传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。
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，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。
衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。
伺服电机系统的惯量比和PID之间的关系
伺服电机系统的惯量比和PID之间的关系伺服电机的惯量也就是伺服电机旋转时的惯性，和物体平动时的质量是等效的。
平动时物体的惯性就是物体的质量。
物体旋转时，转动惯量就是物体转动的惯性。
物体平动时的惯量叫平动惯量，转动时的惯量叫转动惯量。
一个系统内，既有平动也有转动。
平动惯量和转动惯量之和为系统的转动惯量。
电机的惯量一般表示为JM,负载的转动惯量一般表示为JL.整个系统惯量则为JM+JL。
其中负载的转动惯量和电机的转动惯量之比叫惯量比JL/JM.电机的惯量和电机的启动时间有关，电机的转动惯量大，则电机的启动时间就长，电机的转动惯量小，则电机的启动时间短。
转动惯量和角加速度的乘积为电机的扭矩。
电机的转动速度等于角加速度乘以电机的启动时间。
系统的惯量大，则系统启动时间长，加速慢。
反应慢，动作迟缓。
系统的惯量小，则系统启动时间短，加速快。
反应快，动作迅速。
对一个系统来说，调好后，其PID参数是一定的。
当惯量比大时，PID参数就大。
当惯量比小时，PID数值就小。
当系统稳定时，如果惯量大，PID数值就大。
如果惯量小，则PID数值小。
如果调节的惯量小，则PID数值就小，如果调节的PID大，那么PID的数值就越大。
假设惯量比为10，比例P为10，那么和惯量比5，比例P为5，二者的表现出来的效果是一样的。
一般来说，调节时要先估计好惯量比，也就是惯量比不变了，只去调节P. P越大，反应越快，越不稳定. P越小，反应越慢，系统越稳定。
调节的过程就是一个要求快速和稳定的过程。
一定要两边照顾，不可偏向一侧，要不永远都不会调节好设备。
伺服电机惯量大小定义
伺服电机惯量大小定义
伺服电机惯量指的是伺服电机转动惯量，是一个物理量，通常用J（kg·m²）表示。
它是描述伺服电机旋转惯性大小的重要参数，可以反映伺服电机旋转时旋转质量的大小。
伺服电机惯量大小的定义与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。
刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体。
在选择伺服电机时，惯量是一个重要指标。
伺服电机转子本身的惯量对于电机的加减速来说相当重要。
如果不能很好的匹配惯量，电机的动作会很不平稳。
一般来说，小惯量的电机适合做高频率的往复运动，但一般力矩相对要小些。
大惯量的伺服电机就比较粗大，力矩大，适合大力矩的但不很快往复运动的场合。
因为高速运动到停止，驱动器要产生很大的反向驱动电压来停止这个大惯量，发热就很大了。
伺服电机惯量是什么意思
伺服电机惯量是什么意思
伺服电机惯量是伺服电机的一项重要指标。
它指的是转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。
惯性大小与物质质量相应惯量J= ∫ r dm 其中r为转动半径，m为刚体质量惯量。
电机的转子惯量是电机本身的一个参数。
单从响应的角度来讲，电机的转子惯量应小为好。
但是，电机总是要接负载的，负载一般可分为二大类，一类为负载转矩，一类为负载惯量。
一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，适合于一些轻负载，高速定位的场合。
如果你的负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小等等因素来选择，一般有理论计算公式。
低惯量与高惯量区别
伺服电机的惯量由转子自身的质量，以及外加的负载而组成。
惯量越大，物体的运动状态越不容易改变。
无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量，它们的大小有不同的计算方法，因为计算公式较多，就不一一列举。
伺服电机惯量与负载惯量的关系
伺服电机惯量与负载惯量的关系伺服电机和负载惯量的关系，就像一对恩爱的小情侣，密不可分又互相影响。
想象一下，一个舞者在台上翩翩起舞，他的轻盈和灵活来自于他对自己身体的掌控。
但如果舞伴太重，或者动作太快，那可就难为他了，嘿嘿。
所以，伺服电机和负载之间的关系也是这样，简单又复杂。
伺服电机可不是单打独斗的角色，它得和负载一同合作，才能在舞台上展现完美的默契。
说到惯量，咱们得明白它是什么。
惯量就是物体抵抗改变运动状态的能力，简单说就是一块大石头要被推走可没那么容易。
伺服电机的惯量小，能迅速做出反应，但如果你让它拖动一个重得吓人的负载，那它就得费一番功夫了。
就像小朋友拉大象，虽然有心，但真是个累活儿。
负载的惯量越大，伺服电机就得越用力，想要达到目标位置，那可是需要一定的时间和力量。
咱们再来聊聊调节速度。
伺服电机就像赛车，要在赛道上飙速，但前提是车上拉着的东西不能太重。
想象一下，赛车上装了一吨重的货，速度自然就慢了，操控也变得困难。
这就是为什么在设计机械设备的时候，选对伺服电机可得好好考虑负载的惯量。
要是负载太重，电机就得拼命加速，容易造成过热，电机也可能会“罢工”，可就惨了。
伺服电机和负载的关系还不止于此。
这对搭档的配合程度也影响着系统的稳定性。
如果负载的惯量和伺服电机的惯量相差太大，可能会出现“冲撞”现象，像一场不和谐的舞蹈，节奏失控，甚至可能让整个系统崩溃。
这种情况在工业生产中可是大忌。
就像你和舞伴配合不好，结果就变成了踩脚、翻车。
但说到这里，不要以为一切都是绝对的。
实际上，伺服电机的选择和负载的设计需要结合具体应用来考虑。
有的场合适合小惯量的电机搭配轻负载，而有的场合可能需要大惯量的电机来处理重负载。
没错，这就像你在选择衣服，场合不同，风格也得换，不然就会显得很突兀。
而在实际应用中，还有个“比例”问题。
简单说，就是负载惯量和伺服电机惯量的比例，得保持在一个合理的范围内。
通常说，负载惯量最好不要超过伺服电机惯量的五倍，这样才能保证系统的稳定运行。
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伺服电机惯量问题
在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。
其具体表现为：
在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，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，这样，就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”？
1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J ×角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。
如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量JM ＋电机轴换算的负载惯性动量JL。
负载惯量JL由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
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则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定？
传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。
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，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。
衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。
不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，但大多要求JL与JM 的比值小于十以内。
一句话，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质
量要求来确定。
对于基础金属切削机床，对于伺服电机来说，一般负载惯量建议应小于电机惯量的5倍。
惯量匹配对于电机选型很重要的，同样功率的电机，有些品牌有分轻惯量，中惯量，或大惯量。
其实负载惯量最好还是用公式计算出来。
常见的形体惯量计算公式在以前学的书里都有现成的（可以去查机械设计手册）。
我们曾经做过一试验，在一伺服电机的轴伸，加一大的惯量盘准备用来做测试，结果是：伺服电机低速时停不住，摇头摆尾，不停地振荡怎么也停不下来。
后来改为：在两个伺服电机的轴伸对接加装联轴器，对其中一个伺服电机通电，作为动力即主动，另一个伺服电机作为从动，即做为一个小负载。
原来那个摇头摆尾的伺服电机，启动、运动、停止，运转一切正常！
三、惯量的理论计算的功式？
惯量计算都有公式，至于多重负载，比如齿轮又带齿轮，或涡轮蜗杆传动，只要分别算出各转动件惯量然后相加即是系统惯量，电机选型时建议根椐不同的电机进行选配。
负载的转动惯量肯定是要设计时通过计算算出来拉，如果没有这个值，电机选型肯定是不那么合理的，或者肯定会有问题的，这是选伺服的最重要的几个参数之一。
至于电机惯量，电机样本手册上都有标注。
当然，对某些伺服，可以通过调整伺服的过程测出负载的惯量，作为理论设计中的计算的参考。
毕竟在设计阶段，很多类似摩擦系数之类的参数只能根据经验来猜，不可能准确。
理论设计中的计算的公式：（仅供参考）通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示，它们之间的关系为
J=mp^2= GD^2/4g
式中 m与G－转动部分的质量（kg）与重量（N）；
D－惯性半径与直径（m）；
g=9.81m/s2 －重力加速度
飞轮惯量=速度变化率*飞轮距/375
当然，理论与实际总会有偏差的，有些地区（如在欧洲），一般是采用中间值通过实际测试得到。
这样，相对我们的经验公式要准确一些。
不过，在目前还是需要计算的，也有固定公式可以去查机械设计手册的。
四、关于摩擦系数？
关于摩擦系数，一般电机选择只是考虑一个系数加到计算过程中，在电机调整时通常都不会考虑。
不过，如果这个因素很大，或者讲，足以影响电机调整，有些日系通用伺服，据称有一个参数是用来专门测试的，至于是否好用，本人没有用过，估计应该是好用的。
有网友发贴说，曾有人发生过这样的情况：设计时照搬国外的机器，机械部分号称一样，电机功率放大了50%选型，可是电机转不动。
因为样机的机械加工、装配的精度太差，负载惯量是差不多，可摩擦阻力相差太多了，对具体工况考虑不周。
当然，黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问题。
摩擦系数是不变值，这点可以通过电机功率给予补偿，但黏性阻尼是变值，通过增大电机功率当然可以缓解，但其实是不合理的。
况且没有设计依据，这个最好是在机械状态上解决，没有好的机械状态，伺服调整完全是一句空话。
还有，黏性阻尼跟机械结构设计、加工、装配等相关，这些在选型时是必须考虑的。
而且跟摩擦系数也是息息相关的，正是因为加工水平不够才造成的摩擦系数不定，不同点相差较大，甚至技术工人装配水平的差异也会导致很大的差异，这些在电机选型时必须要考虑的。
这样，才会有保险系数，当然归根结底还是电机功率的问题。
五、惯量的理论计算后，微调修正的简单化
可能有些朋友觉的：太复杂了！实际情况是，某品牌的产品各种各样的参数已经确定，在满足功率，转矩，转速的条件下，产品型号已经确定，如果惯量仍然不能满足，能否将功率提高一档来满足惯量的要求？
答案是：功率提高可以带动加速度提高的话，应是可以的。
六、伺服电机选型
在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。
（1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：
1.马达最大转速＞系统所需之最高移动转速。
2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。
3连续负载工作扭力≤马达额定扭力
4.马达最大输出扭力＞系统所需最大扭力（加速时扭力）
（2）选型计算：
1. 惯量匹配计算（JL/JM）
2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速）
3. 负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）。