問題二 慣性匹配西門子伺服電機(jī)系統(tǒng)慣性

具體表現(xiàn)為:

1、在伺服系統(tǒng)選型時，除考慮電機(jī)的扭矩和額定速度等因素外，我們還需要先計算得知機(jī)械系統(tǒng)換算到電機(jī)軸的慣量，再根據(jù)機(jī)械的實際動作要求及加工件質(zhì)量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機(jī);

2、在調(diào)試時(手動模式下)，正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)效能的前題，此點(diǎn)在要求高速高精度的系統(tǒng)上表現(xiàn)由為突出(臺達(dá)伺服慣量比參數(shù)為1-37，JL/JM)。這樣，就有了慣量匹配的問題。

那到底什么是“慣量匹配”呢?

1、根據(jù)牛頓第二定律:“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動慣量J×角加速度θ

角加速度θ影響系統(tǒng)的動態(tài)特性，θ越小，則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時間越長，系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果θ變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。由于馬達(dá)選定后大輸出T值不變，如果希望θ的變化小，則J應(yīng)該盡量小。

2、進(jìn)給軸的總慣量“J=伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性動量JM+電機(jī)軸換算的負(fù)載慣性動量JL

負(fù)載慣量JL由(以工具機(jī)為例)工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動件的慣量折合到馬達(dá)軸上的慣量組成。JM為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，伺服電機(jī)選定后，此值就為定值，而JL則隨工件等負(fù)載改變而變化。如果希望J變化率小些，則使JL所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量匹配”。

知道了什么是慣量匹配，那慣量匹配具體有什么影響又如何確定呢?

影響:

傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動態(tài)響應(yīng)都有影響，慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時有利，因此，機(jī)械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。

確定:

衡量機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性時，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應(yīng)越好;慣量越大，馬達(dá)的負(fù)載也就越大，越難控制，但機(jī)械系統(tǒng)的慣量需和馬達(dá)慣量相匹配才行。不同的機(jī)構(gòu)，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現(xiàn)。例如，CNC中心機(jī)通過伺服電機(jī)作高速切削時，當(dāng)負(fù)載慣量增加時，會發(fā)生:

(1)控制指令改變時，馬達(dá)需花費(fèi)較多時間才能達(dá)到新指令的速度要求;

(2)當(dāng)機(jī)臺沿二軸執(zhí)行弧式曲線快速切削時，會發(fā)生較大誤差:

①一般伺服電機(jī)通常狀況下，當(dāng)JL≦JM，則上面的問題不會發(fā)生

②當(dāng)JL=3×JM，則馬達(dá)的可控性會些微降低，但對平常的金屬切削不會有影響。(高速曲線切削一般建議JL≦JM)

③當(dāng)JL≧3×JM，馬達(dá)的可控性會明顯下降，在高速曲線切削時表現(xiàn)突出

不同的機(jī)構(gòu)動作及加工質(zhì)量要求對JL與JM大小關(guān)系有不同的要求，慣性匹配的確定需要根據(jù)機(jī)械的工藝特點(diǎn)及加工質(zhì)量要求來確定。

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