本帖最后由 淡然 于 2017-1-13 14:03 編輯
感覺(jué)這篇關(guān)于“慣量比”的文章分析比較到位,，轉(zhuǎn)帖分享,。感謝@茉莉素馨 社友提供的鏈接,。
經(jīng)常玩運(yùn)控的朋友一定都聽(tīng)到過(guò)“慣量比”這個(gè)詞兒,，“老法師”們通常對(duì)慣量匹配都有著各自獨(dú)到的見(jiàn)解,，比如在某些運(yùn)控應(yīng)用中慣量比要小于某個(gè)數(shù)值,，10,、5、3或者更小,，也有的說(shuō)要控制精度高,，就得降低慣量比......等等。
不僅如此,，在某些廠家的產(chǎn)品手冊(cè)中,，對(duì)其電機(jī)產(chǎn)品的選型還有關(guān)于慣量比的“推薦值”。比如下面摘錄的某電機(jī)的選型樣本,，注意紅色方框部分,。
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2017-1-13 14:02 上傳
那么，為什么會(huì)有慣量比的問(wèn)題,？它對(duì)與運(yùn)控系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)什么樣的影響呢,？這就要從前文書(shū)提到的關(guān)于“傳動(dòng)剛性”的問(wèn)題談起。
前文書(shū)說(shuō)了,，當(dāng)運(yùn)控傳動(dòng)鏈剛性不佳時(shí),，在驅(qū)動(dòng)側(cè)（也就是電機(jī)側(cè)）與被驅(qū)動(dòng)側(cè)（負(fù)載側(cè)）之間會(huì)產(chǎn)生“間隙”或/和“彈性”效應(yīng)，電機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力傳輸?shù)截?fù)載有遲滯,，并且在兩側(cè)之間會(huì)有相對(duì)位移,。
在系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的過(guò)程中，電機(jī)需要輸出扭矩驅(qū)動(dòng)負(fù)載的加減速運(yùn)動(dòng),，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,，造成相互之間有速度差，同時(shí)由于雙方之間有相對(duì)位移空間,，于是驅(qū)動(dòng)側(cè)與被驅(qū)動(dòng)側(cè)會(huì)產(chǎn)生“彈性碰撞”,。
而受到這樣的“彈性碰撞”的影響，驅(qū)動(dòng)與負(fù)載兩側(cè)會(huì)受到大小相同而方向相反的“碰撞力”的影響并改變運(yùn)動(dòng)速度,，同時(shí)改變雙方相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)加減速運(yùn)行時(shí),，不斷進(jìn)行著“彈性碰撞”。
這些“碰撞”會(huì)給電機(jī)的運(yùn)行速度和位置帶來(lái)“偏差擾動(dòng)”,，同時(shí)這些偏差會(huì)通過(guò)電機(jī)編碼器實(shí)時(shí)反饋給運(yùn)控系統(tǒng),，系統(tǒng)會(huì)“本能”地對(duì)這些由于碰撞產(chǎn)生的“偏差擾動(dòng)”進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。之所以說(shuō)時(shí)“擾動(dòng)”，是因?yàn)檫@些偏差本身并不是真實(shí)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(yùn)行狀態(tài)而產(chǎn)生的“額外”的誤差,。
說(shuō)到這，貌似和本文題目“慣量比”還沒(méi)啥關(guān)系嘛,！甭著急,，接下來(lái)就要放大招了。
前面說(shuō)的“彈性碰撞”這個(gè)詞,，是不是好熟悉的樣子,？對(duì)哦，在中學(xué)物理有教過(guò)彈性碰撞的幾個(gè)定律的,，什么動(dòng)量守恒定律,、能量守恒定律啥的......
不過(guò)呢,，那些定量的運(yùn)算和分析,，咱在這就不用費(fèi)那個(gè)勁燒腦了,，直接說(shuō)最關(guān)鍵的定性結(jié)論吧,。在彈性碰撞過(guò)程中,，如果物體質(zhì)量（慣性）越大,，其碰撞后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)叫�,，反之質(zhì)量越小,，碰撞帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)酱�,。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(yùn)行狀態(tài),。
對(duì)于運(yùn)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(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)加減速運(yùn)動(dòng)過(guò)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(huì)對(duì)慣量較小的電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生較大的“擾動(dòng)”,，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(dòng)甚至系統(tǒng)的振動(dòng)和崩潰,。在這種情況下,，我們通常的做法，就是降低運(yùn)控系統(tǒng)的頻率響應(yīng)值（增益）,，而此時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能自然也就隨之下降了,。
反過(guò)來(lái)，較小的慣量比,，意味著相對(duì)較高的電機(jī)慣量，在上述的“碰撞”過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受到的“擾動(dòng)”也就相應(yīng)的小了,，這樣運(yùn)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(yùn)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(wèn)題本質(zhì)上是由于動(dòng)力源與負(fù)載之間的非剛性傳動(dòng)連接而帶來(lái)的，它其實(shí)是關(guān)于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中“以誰(shuí)為主”的問(wèn)題,。
如果選擇使用較大的慣量比,，那么意味著電機(jī)驅(qū)動(dòng)力將更多的作用在自身的運(yùn)動(dòng)上，而受到相對(duì)較小的負(fù)載擾動(dòng),，而系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更多的以電機(jī)為主,。從對(duì)系統(tǒng)把控力度方面看，這當(dāng)然是我們更希望的,。
這就好像在一輛大巴上,，某一個(gè)乘客在車上的來(lái)回跑動(dòng)，對(duì)于車輛的運(yùn)行幾乎不會(huì)產(chǎn)生什么影響,，但如果是整車的乘客按照同樣的步調(diào)來(lái)回移動(dòng),，那么情況就完全不同了。
那么是不是說(shuō),，在剛性傳動(dòng)系統(tǒng)中,，就沒(méi)有慣量比的問(wèn)題了呢？ 這個(gè)問(wèn)題比較復(fù)雜,，因?yàn)槭聦?shí)上并不存在絕對(duì)的剛性傳動(dòng),，只要驅(qū)動(dòng)力和加速度足夠大，任何傳動(dòng)連接都是“軟”的,。 不過(guò),，有一點(diǎn)是肯定的，如果系統(tǒng)傳動(dòng)剛性越大,，就能夠使用更大的慣量比匹配,。比如我們后面會(huì)談到“直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)”。
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發(fā)表于 2017-1-13 14:27:10
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