作者:qxm
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為什么會有慣量比的這個問題,?它對于運動控制系統(tǒng)會帶來什么樣的影響?這就要從關(guān)于“傳動剛性”的問題說起,。當(dāng)運動控制傳動鏈剛性不佳時,,在驅(qū)動側(cè)(電機(jī)側(cè))與被驅(qū)動側(cè)(負(fù)載側(cè))之間會產(chǎn)生“間隙”和“彈性”效應(yīng),電機(jī)輸出的驅(qū)動力傳輸?shù)截?fù)載上有遲滯現(xiàn)象,,并且在兩側(cè)之間會有一定的相對位移,。在系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整的過程中,電機(jī)需要輸出扭矩,,驅(qū)動負(fù)載的加減速運動,,但由于電機(jī)側(cè)與負(fù)載側(cè)所受到的作用力的不同步,造成相互之間有一定速度差,,同時由于雙方之間有相對位移空間,,于是驅(qū)動側(cè)與被驅(qū)動側(cè)會產(chǎn)生“彈性碰撞”。而受到這樣的“彈性碰撞”的影響,,驅(qū)動與負(fù)載兩側(cè)會受到大小相同而方向相反的“碰撞力”的影響并改變運動速度,,同時改變雙方相對運動的方向,,然后在間隙空間的另一側(cè)再次“碰撞”。周而復(fù)始,,電機(jī)側(cè)與負(fù)載側(cè)在動態(tài)加減速運行時,,不斷進(jìn)行著“彈性碰撞”。這些“碰撞”會給電機(jī)的運行速度和位置帶來“偏差擾動”,,同時這些偏差會通過電機(jī)編碼器實時反饋給運控系統(tǒng),,系統(tǒng)會“本能”地對這些由于碰撞產(chǎn)生的“偏差擾動”進(jìn)行實時調(diào)整。之所以說是“擾動”,,是因為這些偏差本身并不是真實的負(fù)載位置和速度誤差,,而是由于上述頻繁的“碰撞”改變了電機(jī)的運行狀態(tài)而產(chǎn)生的“額外”的誤差。前面說的“彈性碰撞”這個詞,,是不是好熟悉的樣子,?對哦,在中學(xué)物理有教過彈性碰撞的幾個定律的,,什么動量守恒定律,、能量守恒定律啥的......不過呢,這些定量的運算和分析,,咱在這就不用費那個勁燒腦了,,直接說最關(guān)鍵的定性結(jié)論吧。在彈性碰撞過程中,,如果物體質(zhì)量(慣性)越大,,其碰撞后的運動狀態(tài)改變越小,反之質(zhì)量越小,,碰撞帶來的運動狀態(tài)改變越大,。換言之,物體質(zhì)量(慣性)越大,,在碰撞中更容易保持接近原有運行狀態(tài),。對于運控應(yīng)用而言,如果系統(tǒng)慣量比大,,就意味著電機(jī)慣量較小,,那么在非剛性的彈性傳動系統(tǒng)的動態(tài)加減速運動過程中,由于間隙和彈性效應(yīng)產(chǎn)生的電機(jī)側(cè)與負(fù)載側(cè)的“彈性碰撞”,,會對慣量較小的電機(jī)的運行狀態(tài)產(chǎn)生較大的“擾動”,,這就直接增加了系統(tǒng)控制調(diào)整的難度,輕則影響控制精度,,嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的抖動甚至系統(tǒng)的振動和崩潰,。在這種情況下,我們通常的做法,就是降低運控系統(tǒng)的頻率響應(yīng)值(增益),,而此時的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能自然也就隨之下降了,。反過來,較小的慣量比,,意味著相對較高的電機(jī)慣量,,在上述的“碰撞”過程中,其運動狀態(tài)受到的“擾動”也就相應(yīng)的小了,,這樣運控系統(tǒng)控制調(diào)整的難度就降低了,,更容易讓電機(jī)和系統(tǒng)達(dá)到比較穩(wěn)定的運行狀態(tài),自然也就能夠較好的確保其控制精度,。 所以,,慣量比的問題本質(zhì)上是由于動力源與負(fù)載之間的非剛性傳動連接而帶來的,它其實是關(guān)于在運動過程中“以誰為主”的問題,。 如果選擇使用較大的慣量比,,那么意味著電機(jī)驅(qū)動力將更多的作用在自身的運動上,而受到相對較小的負(fù)載擾動,,而系統(tǒng)運動狀態(tài)更多的以電機(jī)為主,。從對系統(tǒng)把控力度方面看,這當(dāng)然是我們更希望的,。 那么是不是說,在剛性傳動系統(tǒng)中,,就沒有慣量比的問題了呢,?這個問題比較復(fù)雜,因為事實上并不存在絕對的剛性傳動,,只要驅(qū)動力和加速度足夠大,,任何傳動連接都是“軟”的。 不過,,有一點是肯定的,,如果系統(tǒng)傳動剛性越大,就能夠使用更大的慣量比匹配,。比如我們談到“直接驅(qū)動電機(jī)”,。
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