0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

伺服电机的刚性和惯量是怎么回事?

jf_AHleW45b 来源:旺材伺服与运动控制 2022-12-21 15:37 次阅读

要说刚性,先说刚度。

刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力,是材料或结构弹性变形难易程度的表征。材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。在宏观弹性范围内,刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数,即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度,即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。

一个结构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形拉伸的能力。

k=P/δ

P是作用于结构的恒力,δ是由于力而产生的形变。

转动结构的转动刚度(k)为:

k=M/θ

其中,M为施加的力矩,θ为旋转角度。

举个例子,我们知道钢管比较坚硬,一般受外力形变小,而橡皮筋比较软,受到同等力产生的形变就比较大,那我们就说钢管的刚性强,橡皮筋的刚性弱,或者说其柔性强。

伺服电机的应用中,用联轴器来连接电机和负载,就是典型的刚性连接;而用同步带或者皮带来连接电机和负载,就是典型的柔性连接。

电机刚性就是电机轴抗外界力矩干扰的能力,而我们可以在伺服控制器调节电机的刚性。

伺服电机的机械刚度跟它的响应速度有关。一般刚性越高其响应速度也越高,但是调太高的话,很容易让电机产生机械共振。所以,在一般的伺服放大器参数里面都有手动调整响应频率的选项,要根据机械的共振点来调整,需要时间和经验(其实就是调增益参数)。

8b4a4348-8101-11ed-8abf-dac502259ad0.png

在伺服系统位置模式下,施加力让电机偏转,如果用力较大且偏转角度较小,那么就认为伺服系统刚性强,反之则认为伺服刚性弱。注意这里我说的刚性,其实更接近响应速度这个概念。从控制器角度看的话,刚性其实是速度环、位置环和时间积分常数组合成的一个参数,它的大小决定机械的一个响应速度。

松下和三菱伺服都有自动增益功能,通常不需要特别去调整。国产的一些伺服,只能够手工调整。

其实如果你不要求定位快,只要准,在阻力不大的时候,刚性低,也可以做到定位准,只不过定位时间长。因为刚性低的话定位慢,在要求响应快,定位时间短的情况下,就会有定位不准的错觉。

而惯量描述的是物体运动的惯性,转动惯量是物体绕轴转动惯性的度量。转动惯量只跟转动半径和物体质量有关。一般负载惯量超过电机转子惯量的10倍,可以认为惯量较大。

导轨和丝杠的转动惯量对伺服电机传动系统的刚性影响很大,固定增益下,转动惯量越大,刚性越大,越易引起电机抖动;转动惯量越小,刚性越小,电机越不易抖动。可通过更换较小直径的导轨和丝杆减小转动惯量从而减小负载惯量来达到电机不抖动。

我们知道通常在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等参数外,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(手动模式下),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。

那到底什么是“惯量匹配”呢?

其实也不难理解,根据牛二定律:

进给系统所需力矩= 系统转动惯量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。

伺服电机选定后最大输出值不变,如果希望θ的变化小,则J就应该尽量小。

而上面的,系统转动惯量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”。

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,高速往复性好,适合于一些轻负载,高速定位的场合。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合,如一些圆周运动机构和一些机床行业。

所以伺服电机刚性过大,刚性不足,一般是要调控制器增益改变系统响应了。惯量过大,惯量不足,说的是负载的惯量变化和伺服电机惯量的一个相对的比较。

审核编辑 :李倩

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 伺服电机
    +关注

    关注

    85

    文章

    2019

    浏览量

    57611
  • 伺服控制器
    +关注

    关注

    2

    文章

    85

    浏览量

    18683

原文标题:伺服电机的刚性和惯量是怎么回事?

文章出处:【微信号:旺材伺服与运动控制,微信公众号:旺材伺服与运动控制】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    伺服电机惯量大小如何选用

    伺服电机惯量大小的选用是一个综合性的过程,需要考虑多个因素以确保系统的性能、稳定性和精度。以下是一些关键的选用原则和步骤: 一、考虑应用场景和需求 动态响应要求 : 如果应用场景对系统的动态响应要求
    的头像 发表于 09-07 09:59 580次阅读

    松下伺服惯量和高惯量的区别

    松下伺服电机是工业自动化领域中常用的一种电机,它们以其精确的控制和高效率而闻名。伺服电机通过接收控制信号来驱动机械设备,实现精确的位置、速度
    的头像 发表于 09-07 09:53 427次阅读

    松下伺服电机惯量比怎么设置

    松下伺服电机惯量比的设置是一个相对复杂的过程,需要考虑到负载的转动惯量电机的转动惯量以及系统的
    的头像 发表于 09-07 09:49 769次阅读

    伺服电机加减速机惯量怎么计算

    伺服电机加减速机系统是现代工业自动化领域中常见的一种传动装置,它通过将伺服电机的高速旋转转化为减速机的低速大扭矩输出,实现对负载的精确控制。在设计和使用
    的头像 发表于 06-14 10:54 2623次阅读

    伺服电机转动惯量和负载转动惯量的区别

    伺服电机转动惯量和负载转动惯量是两个不同的概念,它们在伺服控制系统中起着重要的作用。本文将详细介绍伺服
    的头像 发表于 06-14 10:52 2981次阅读

    伺服电机惯量大小如何选用参数

    伺服电机的选用是一个复杂的过程,涉及到多个参数的考量。其中,电机惯量是一个重要的参数,它直接影响到系统的动态性能和稳定性。本文将详细介绍伺服
    的头像 发表于 06-14 10:49 962次阅读

    伺服电机惯量不足会出现什么现象

    伺服电机是现代工业自动化领域中非常重要的一种驱动设备,它具有高精度、高响应速度、高稳定性等特点。然而,伺服电机在实际应用过程中,由于各种原因,可能会出现
    的头像 发表于 06-14 10:47 1073次阅读

    伺服电机惯量和高惯量的区别是什么

    伺服电机是现代工业自动化领域中非常重要的一种驱动设备,广泛应用于机器人、数控机床、自动化生产线等场合。伺服电机的性能指标有很多,其中惯量是一
    的头像 发表于 06-14 10:44 3707次阅读

    松下伺服驱动器刚性设置多少

    松下伺服驱动器的刚性设置是其性能调整中的一个重要环节。刚性设置的目的是确保伺服电机在运行过程中能够提供足够的力矩,以保证系统的稳定性和精度。
    的头像 发表于 06-14 10:31 2027次阅读

    伺服电机抖动不转动是怎么回事

    伺服电机抖动不转动的问题可能由多种原因引起,为了帮助您解决这个问题,我将从以下几个方面进行详细分析: 伺服电机的基本原理 伺服
    的头像 发表于 06-05 11:38 1067次阅读

    影响伺服电机刚性的有哪几个因素?伺服电机刚性过大导致什么后果?

          伺服电机刚性是指其对外部力和扭矩的响应能力,即电机的机械刚性和控制系统的响应速度。刚性
    的头像 发表于 03-24 08:36 1925次阅读

    伺服电机惯量关键知识与应用指南

    惯量就是电机做的比较扁长,主轴惯量小,当电机做频率高的反复运动时,惯量小,发热就小。所以低惯量
    发表于 02-26 10:18 1855次阅读

    惯量匹配对于伺服电机选型是很重要的

    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
    的头像 发表于 02-25 16:42 471次阅读

    伺服电机中的刚性是什么意思 伺服电机刚性过大导致什么后果

    伺服电机中的刚性是什么意思 伺服电机刚性过大导致什么后果 
    的头像 发表于 12-20 17:36 7715次阅读

    浅谈伺服电机刚性惯量

    伺服系统位置模式下,施加力让电机偏转,如果用力较大且偏转角度较小,那么就认为伺服系统刚性强,反之则认为伺服
    发表于 12-17 17:34 1497次阅读