伺服电机选型必备 惯量匹配和最佳传动比
如何选择合适的伺服电机减速机传动比
如何选择合适的伺服电机减速机传动比在工业自动化领域，伺服电机减速机的应用十分广泛。
而选择合适的传动比是确保系统性能和效率的关键因素之一。
传动比的选择并非随意，而是需要综合考虑多个因素，以满足实际应用的需求。
首先，我们要明白什么是传动比。
简单来说，传动比就是减速机输入轴转速与输出轴转速的比值。
例如，如果输入轴转速为 1000 转/分钟，输出轴转速为 100 转/分钟，那么传动比就是 10:1。
在选择传动比之前，我们需要明确设备的工作要求。
这包括负载的类型和大小、工作速度范围、精度要求等。
如果负载较大，通常需要较大的传动比来提供足够的扭矩输出。
比如说，在搬运重物的机械手中，需要有足够的力量来举起和移动重物，这时就可能需要一个较大的传动比。
工作速度范围也是一个重要的考虑因素。
如果设备需要在较宽的速度范围内运行，那么传动比的选择就要更加谨慎。
如果传动比过大，可能会导致在高速运行时效率降低；而传动比过小，则可能无法在低速时提供足够的扭矩。
精度要求对于传动比的选择也有影响。
一些高精度的应用，如数控机床，需要较小的传动误差，这可能就要求选择精度更高的减速机和更合适的传动比。
接下来，我们要考虑伺服电机的特性。
不同型号的伺服电机具有不同的额定转速和扭矩特性。
一般来说，电机的额定转速较高，如果直接连接负载，可能无法满足扭矩要求。
通过选择合适的传动比，可以将电机的高转速转换为适合负载的低转速和高扭矩。
同时，还需要考虑系统的空间限制。
在一些紧凑的设备中，减速机的尺寸和安装方式可能会受到限制。
这时候，不仅要选择合适的传动比，还要选择结构紧凑的减速机型号。
此外，成本也是不能忽视的因素。
通常，传动比越大，减速机的成本也会越高。
因此，在满足性能要求的前提下，应尽量选择经济实惠的传动比方案。
为了更准确地选择传动比，我们可以通过计算来进行初步的筛选。
例如，根据负载所需的扭矩和工作速度，结合电机的扭矩和转速特性，利用公式计算出大致的传动比范围。
惯量匹配和电机选型
惯量匹配和电机选型标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]惯量匹配和伺服电机的选型惯量匹配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。
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”。
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。
由于电机选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。
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（以工具机床为例）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电机轴上的惯量组成。
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”。
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，电机的负载也就越大，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10。
伺服电机的选择原则
， ， ， 的转矩曲线 负载周期性变化的转矩计算，也需要计算出一个周期中的转矩均方根值，且该值小于额定转矩。这样电机才不会过热，正常工作。
负载周期性变化的转矩计算图
设计时进给伺服电机的选择原则是：首先根据转矩－速度特性曲线检查负载转矩，加减速转矩是否满足要求，然后对负载惯 进行校合，对要求频繁起动、制动的电机还应对其转矩均方根进行校合，这样选择出来的电机才能既满足要求，又可避免由于电机 择偏大而引起的问题。
（c ）切削力的反作用力会使工作台的摩擦增加，以此承受切削反作用力的点与承受驱动力的点通常是分离的。如图所示，在承受 的切削反作用力的瞬间，滑块表面的负载也增加。当计算切削期间的转矩时，由于这一载荷而引起的摩擦转矩的增加应给予考虑。
（ d ）摩擦转矩受进给速率的影响很大，必须研究测量因速度工作台支撑物 引起的摩擦的变化。已得出正确的数值。
在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为
出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就能平衡
相反的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比
n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到
（ d ）相对电机轴机械变速的惯量计算将上图所示的负载惯量
Jo 折算到电机轴上的计算方法如下：
（kg cm2 ）
式中， 、 为齿轮的齿数。
5、电机加减速时的转矩
（ 1 ）按线性加减速时加速转矩
电机加速或减速时的转矩
按线性加减速时加速转矩计算如下：
（ N.m）
式中， 为电机的稳定速度； 增益。
为加速时间；为电机转子惯量（
伺服电机的惯量匹配与计算
• 对于转动的系统，角加速度 β=M/J 当M一定时，若J太大，则加速度β变小， 转角ϴ=（ω^2）/2β 转角变大
平行轴公式
物体质量m，过质心得轴1和平行于轴1的 轴2，距离d 对轴1的转动惯量为J1,对轴2的转动惯量 J2=J1+m*d²
用solidworks求转动惯量
• 建好模型后，选择【工具】/【质量特性】，即可查看
复杂系统惯量计算
对于某一根定轴而言，负载系统的惯量可以用公式 J总=Σ(J/I²) 来计算。 其中： I表示 单独部件相对于定轴的传动比。
示例
右图是一个二级减速器。 若其每个齿轮绕轴转动惯量 分别为J1/J2/J3/J4 齿数为Z1/Z2/Z3/Z4 则整个系统在电机轴上的 转动惯量为 J=J1+(J2+J3)/(Z2/Z1)² +J4/[(Z2/Z1)² × (Z4/Z3)² ]
伺服电机的惯量匹配与计算
什么是转动惯量
转动惯量J是描述物体绕定轴转动难 易程度的量。 J=Σ mr²
什么是惯量匹配？
伺服电机的惯量关系到电机的稳定性和精确度，惯 量越小，精度越高，惯量越大，稳定性越高。在伺服 系统选型时，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。一般要求负载惯量JL与电机惯量JM的比 值在3-20之间。
示例
右图是皮带机示意图 主动轮直径为D 重物质量m，则 重物对主动轮轴的转动惯量为 J=m*（D/2）²
D m
减少转动惯量的措施
• • • • • 减少回转半径（直径）尺寸 大的传动比 减轻密度 空心结构 缓冲结构
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伺服电机选型中惯量匹配的问题
伺服电机选型中惯量匹配的问题
在伺服电机选型过程中，惯量匹配是一个非常重要的问题。
惯量匹配是指伺服系统中负载的惯性与伺服电机的惯性之间的匹配程度。
如果负载的惯性与伺服电机的惯性不匹配，会导致伺服系统的性能下降，甚至无法正常工作。
为了确保惯量匹配，需要在选型时考虑负载的惯性和伺服电机的惯性。
通常情况下，伺服电机的惯性应该大于负载的惯性，以确保伺服系统的稳定性和响应速度。
如果伺服电机的惯性小于负载的惯性，会导致系统的响应速度变慢，甚至出现不稳定的情况。
另外，在实际应用中，还需要考虑负载的惯性和工作条件的变化。
例如，负载的惯性在不同工作状态下可能会有所变化，这就需要根据实际情况选择合适的伺服电机。
总之，在伺服电机选型过程中，惯量匹配是一个需要重视的问题。
只有确保伺服电机的惯性大于负载的惯性，并根据实际情况选择合适的伺服电机，才能保证伺服系统的性能和稳定性。
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「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。
伺服电机选型必备惯量匹配和最佳传动比
伺服电机选型必备惯量匹配和最佳传动比惯量匹配和最佳传动比1 功率变化率伺服电机的基本功能就是将输入的电功率快速的转换为机械功率输出。
功率转换的越快，伺服电机的快速性越好。
功率转换的快速性用功率变化率（dP/dt）来衡量：P=T·ωT=J·dω/dtdP/dt=d(T·ω)/dt=T·dω/dt=T·T/JdP/dt=T2/J伺服电机以峰值转矩Tp进行加/减速运动时的功率变化率最大：(dP/dt)max=Tp2/Jm通常用理想空载时伺服电机的功率变化率来衡量伺服电机的快速性。
衡量伺服电机快速性的性能指标还有：转矩/惯量比：Tp/Jm= dω/dt最大理论加速度：（dω/dt）max= Tp/Jm这些指标都是单一衡量伺服电机加速性能的指标。
2 惯量匹配伺服系统要求伺服电机能快速跟踪指令的变化。
对一个定位运动而言，就是要求以最短的时间到达目标位置。
换一种说法，就是在直接驱动负载的定位过程中，负载以最大的功率变化率将输入功率转换为输出功率。
伺服电机驱动惯性负载J L的加速度、加速转矩计算如下：负载的加速度（系统加速度）：dω/dt=Tp/(Jm+J L)负载的加速转矩：T L= J L·dω/dt= J L·Tp/(Jm+J L)负载的功率变化率为：dP L/dt=T L2/J LdP L/dt= J L2·Tp2/(Jm+J L)2/J L = J L·Tp2/(Jm+J L)2从式中可以看出：J L远大于Jm时：dP L/dt= Tp2/J L，负载惯量越大，负载的功率变化率越小。
J L远小于Jm时：dP L/dt= J L·Tp2/Jm，负载惯量越大，负载的功率变化率越小。
负载惯量J L相对电机惯量Jm变化时，负载的功率变化率存在一个最大值。
根据极值定理，对应dP L/dt极值的J L值为使d(dP L/dt)/d(J L) = 0的值。
伺服系统中减速机传动比选择的一般原则
伺服系统中减速机传动比选择的一般原则在伺服系统中减速机是一个重要部件,其性能对系统有着显著影响,其中首要的是总传动比的选择。
传动比选择的一般原则：（1）使减速机的转动惯量（换算到电动机轴上）最小。
（2）使传动间隙最小,或者减速机造成的传动误差最小。
（3）使电机驱动负载产生最大的加速度。
对于操纵导弹舵面的舵机而言,快速性是最重要的指标,所以一般应按加速度最大原则来选择传动比。
按负载加速度最大原则选择传动比：纯惯性负载设负载为纯惯性的,转动惯量为JL,并有一定的摩擦力矩Mf。
设电动机转子转动惯量为Jm,减速机传动比为i,则换算到负载轴上的力矩平衡方程为iMm-Mf=（i2Jm+JL）.ωL（1）式中Mm———电动机输出的力矩;ωL———负载角加速度。
由（1）式得.ωL=iMm-Mfi2Jm+JL （2）对（2）式求导数.ωL/i,并令其为零,解得i=MfMm+（MfMm）2+JLJm（3）即为满足加速度最大条件的最正确传动比。
假若负载摩擦力矩Mf=0,则有i=JLJm（4）即为常用的选择最正确传动比的公式,其实际意义是当按此式选择传动比之后,则电机转子惯量折算到负载轴上的值等于负载转动惯量。
即有i2Jm=JL（5）满足此条件的传动比即可使负载有最大的加速度。
其次由（3）式可看到,摩擦力矩或恒定的负载力矩将使传动比增大。
其意义也是明显的,因为Mm一定,负载力矩增大时,只有提高传动比,才能提高推动负载的力矩。
所以在设计中应根据实际负载情况,适当提高传动比。
下面进一步分析负载对最正确传动比的影响。
初速度不为零时最正确传动比的选择导弹在机动飞行时,舵机要承受2种控制信号,第一种是导引头来的指令信号,它是频率较低而幅度大的信号;第二种是自动驾驶仪来的控制弹体姿态的信号,它是高频小幅度信号,要求舵机能快速响应。
后一信号是叠加在前一信号上的,这时负载速度不为零,而且存在铰链力矩。
在减速机中，行星减速机比一般的减速比精细高很多。
伺服电机的选型和计算
电机的选择：（1）电机扭矩的计算 负载扭矩是由于驱动系统的摩擦力和切削力所引起的可用下式表达： FL M =π2式中 M-----电动机轴转距；F------使机械部件沿直线方向移动所需的力；L------电动机转一圈（2πrad ）时，机械移动的距离2πM 是电动机以扭矩M 转一圈时电动机所作的功，而FL 是以F 力机械移动L 距离时所需的机械功。
实际机床上，由于存在传动效率和摩擦系数因素，滚珠丝杠克服外部载荷P 做等速运动所需力矩，应按下式计算：z z M h h F M B spSPao P K 211122⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ηππ M 1-----等速运动时的驱动力矩(N.mm)π2hF spao K---双螺母滚珠丝杠的预紧力矩(N.mm) Fao------预紧力(N),通常预紧力取最大轴向工作载荷Fm ax的1/3，即F ao =31F m ax当F m ax 难于计算时，可采用F ao =(0.1~0.12))(N C a ； C a -----滚珠丝杠副的额定载荷，产品样本中可查：hsp-----丝杠导程(mm)；K--------滚珠丝杠预紧力矩系数，取0.1~0.2；P---------加在丝杠轴向的外部载荷(N),W F P μ+=； F---------作用于丝杠轴向的切削力(N)； W--------法向载荷(N),P W W 11+=；W 1-----移动部件重力(N),包括最大承载重力；P 1-------有夹板夹持时（如主轴箱）的夹板夹持力；μ --------导轨摩擦系数，粘贴聚四氟乙烯板的滑动导轨副09.0=μ，有润滑条件时，05.0~03.0=μ，直线滚动导轨004.0~003.0=μ；η1-------滚珠丝杠的效率，取0.90~0.95；MB----支撑轴承的摩擦力矩，即叫启动力矩(N.m),可以从滚珠丝杠专用轴承样本中得到，见表2-6（这里注意，双支撑轴承有M B 之和的问题）z 1--------齿轮1的齿数 z2--------齿轮2的齿数最后按满足下式的条件选择伺服电机M M s ≤1Ms-----伺服电机的额定转距（2）惯量匹配计算 为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机（如采用大惯量伺服电机），但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能从分发挥其加速能力，会不经济的。
伺服电机选型
一、惯量匹配
1 等效负载惯量J的计算
(1) 联动回转体的转动惯量
回转运动的动能为
E1 1 J112
2
E 2 1 J 2 2 2
2
控制轴为轴1，将轴2的转动惯量换算到对轴1的转动惯量时，
其基本方法是：计算在一个负载工作周期内所需电机转矩的均 方根值及等效转矩，使此值小于连续额定转矩，就可确定电机的型 号和规格。
二、容量匹配
2 伺服电机的容量匹配
(2) 交直流伺服电机的容量匹配
常见的变转矩、加减速控制的两 种计算模型。
图(a)为一般伺服系统的计算模型，根据电机发热条件的等效原则，三 角形转矩波在加减速时的均方根转矩为
在规定的连续工作区内，速度和转矩的任何组合都可长时间连续工作。 在断续工作区内，电机只允许短时间工作或周期性间歇工作，即工作 一段时间，停歇一段时间，间歇循环允许工作时间的长短因载荷大小而异。 加减速区的意思是电机在该区域中供加减速期间工作。
二、容量匹配
2 伺服电机的容量匹配
(2) 交直流伺服电机的容量匹配 曲线a 为电机温度限制线，在此曲线上
在伺服系统设计中，转矩的匹配都是对特定轴(一般是电机轴), 对特定轴的转矩称为等效转矩。
如果力矩直接作用在控制轴上，就不用将其换算成等效力矩， 否则，必须换算成等效力矩。
二、容量匹配
1 等效转矩的计算
(1) 等效负载转矩[TL]的计算
负载转矩根据其特征分为工作负载(由工艺条件决定)和制动转矩，它 们一般由专业机械作为设计依据提供。
但使用小惯量电机时容易发生对电源频率的响应共振，当存在 间隙、死区时容易造成振荡和蠕动，这才提出“惯量匹配原 则”，并在数控机床伺服进给系统采用大惯量电机。
伺服电机惯量的选择
伺服电机惯量的选择伺服电机的小惯量的高速往复好,大惯量的本身惯量大,机床上用好点.伺服电机需要惯量匹配,日系列10倍与电机惯量左右(不同品牌有差异,欧系的20左右. 一般来说欧系的惯量都小,因为他们电机做的是细长的.转动惯量=转动半径*质量。
我们在选择合适的伺服电机的使用常常会遇到扭力选择和惯量选择,对于扭矩的计算相对简单,只需要知道负载重量和传动方式一般能很快的计算出电机所需要力矩,选型的时候再适当放大,留些余量就可以了.惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量,转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。
它与刚体的质量、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,选择的时候遇到电机惯量,也是伺服电机的一项重要指标。
它指的是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,如一些直线高速定位机构。
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。
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,一般的选型手册上有相关的能量计算公式,比较复杂,这里就不详列了。
伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制,最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一,最大不可超过五倍。
通过机械传动装置的设计,可以使负载惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。
当负载惯量确实很大,机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时,则可使用电机转子惯量较大的电机,即所谓的大惯量电机。
使用大惯量的电机,要达到一定的响应,驱动器的容量应要大一些。
伺服电机惯量问题
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。
伺服电机选型及调试上如何确定惯量匹配
伺服电机选型及调试上如何确定惯量匹配在选择和调试伺服电机时，确定惯量匹配是非常重要的，因为它会直接影响到系统的性能和稳定性。
下面我将详细介绍伺服电机选型及调试上如何确定惯量匹配。
第一步：了解系统需求在进行伺服电机选型和调试之前，首先需要明确系统的需求和要求。
例如，需要知道电机需要驱动的负载类型、负载的惯量大小、所需的运动速度和加速度等。
这些信息将有助于确定合适的伺服电机。
第二步：计算负载的惯量在确定惯量匹配之前，需要计算负载的惯量。
负载的惯量可以通过以下公式进行计算：J=m×r^2其中，J是负载的惯量，m是负载的质量，r是距离轴心的半径。
第三步：选择合适的伺服电机根据系统需求和负载的惯量，选择合适的伺服电机。
通常情况下，伺服电机的惯量应该大于负载的惯量，以确保系统的稳定性和响应性能。
同时，还需要考虑电机的额定功率、转矩和转速等参数是否满足系统需求。
第四步：进行惯量匹配在确定了伺服电机之后，需要进行惯量匹配的调试。
惯量匹配调试的目的是通过调整电机的惯量参数，使得电机的转动惯量与负载的惯量匹配，从而提高系统的性能和稳定性。
一种常用的惯量匹配方法是使用电机驱动器中的惯量参数调整功能。
大多数电机驱动器都具有这样的功能，用户可以通过调整惯量参数来实现惯量匹配。
具体的方法如下：1.连接驱动器和控制器：首先需要将电机驱动器和控制器进行正确的连接，并确保通信正常。
2.设置驱动器参数：根据电机的型号和驱动器的品牌，需要设置一些基本参数，如额定电压、额定电流、转矩限制等。
3.调整惯量参数：根据实际需求，将惯量参数进行逐步调整。
首先可以将惯量参数设置为一个较大的值，然后观察系统的响应和稳定性。
如果系统的响应过于迟钝或者不稳定，可以逐步减小惯量参数的值，直到达到稳定且满意的响应性能为止。
4.测试和优化：在调整完惯量参数之后，需要进行系统的测试和优化。
通过实际运行负载，观察系统的运动轨迹、速度响应和加速度性能等，如果发现不满意的地方，可以根据实际情况进行进一步的调整，直到达到最佳的性能和稳定性。
关于伺服电机惯量匹配一系列问题及选型介绍
关于伺服电机惯量匹配一系列问题及选型介绍一、“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！二、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。
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。
伺服电机选型及调试中“惯量匹配”如何确定
伺服电机选型及调试中“惯量匹配”如何确定很多客户反映在伺服电机系统选型及调试中，常常会碰到惯量问题!那么到底什么是“惯量匹配”呢?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(以工具机为例)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”。
知道了什么是惯量匹配，山社电机分析发生这种现象的具体表现为：1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;2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正确效能的前题，此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(伺服惯量比参数为1-37，JL/JM)。
这样，就有了惯量匹配的问题!那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?1.影响：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。
2.确定：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(如：步进电机)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。
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惯量匹配和最佳传动比
1 功率变化率
伺服电机的基本功能就是将输入的电功率快速的转换为机械功率输出。
功率转换的越快，伺服电机的快速性越好。
功率转换的快速性用功率变化率（dP/dt）来衡量：
P=T·ω
T=J·dω/dt
dP/dt=d(T·ω)/dt=T·dω/dt=T·T/J
dP/dt=T2/J
伺服电机以峰值转矩Tp进行加/减速运动时的功率变化率最大：
(dP/dt)max=Tp2/Jm
通常用理想空载时伺服电机的功率变化率来衡量伺服电机的快速性。
衡量伺服电机快速性的性能指标还有：
转矩/惯量比：Tp/Jm= dω/dt
最大理论加速度：（dω/dt）max= Tp/Jm
这些指标都是单一衡量伺服电机加速性能的指标。
2 惯量匹配
伺服系统要求伺服电机能快速跟踪指令的变化。
对一个定位运动而言，就是要求以最短的时间到达目标位置。
换一种说法，就是在直接驱动负载的定位过程中，负载以最大的功率变化率将输入功率转换为输出功率。
伺服电机驱动惯性负载J L的加速度、加速转矩计算如下：
负载的加速度（系统加速度）：dω/dt=Tp/(Jm+J L)
负载的加速转矩：T L= J L·dω/dt= J L·Tp/(Jm+J L)
负载的功率变化率为：
dP L/dt=T L2/J L
dP L/dt= J L2·Tp2/(Jm+J L)2/J L = J L·Tp2/(Jm+J L)2
从式中可以看出：
J L远大于Jm时：dP L/dt= Tp2/J L，负载惯量越大，负载的功率变化率越小。
J L远小于Jm时：dP L/dt= J L·Tp2/Jm，负载惯量越大，负载的功率变化率越小。
负载惯量J L相对电机惯量Jm变化时，负载的功率变化率存在一个最大值。
根据极值定理，对应dP L/dt极值的J L值为使d(dP L/dt)/d(J L) = 0的值。
d(dP L/dt)/d(J L)= d(J L·Tp2/(Jm+J L)2)/d(J L)
利用复合微分法则对(dP L/dt)求导：
设v = (Jm+J L)2
u = Tp2·J L
dP L/dt = u/v
d(u/v)/d(J L) = [v·du/d(J L)-u·dv/d(J L)]/v2
d(dP L/dt)/d(J L) = {(Jm+J L)2·d(Tp2·J L)/d(J L)-d[(Jm+J L)2]/d(J L)·Tp2·J L}/(Jm+J L)4
d(dP L/dt)/d(J L)=Tp2·[(Jm+J L)2-2(Jm+J L)·J L]/(Jm+J L)4
令d(dP L/dt)/d(J L)=0，则
(Jm+J L)2-2(Jm+J L)·J L=0
(Jm+J L)2-2(Jm+J L)·J L=Jm2+2JmJ L+J L2-2JmJ L-2J L2
=Jm2-J L2
=(Jm+J L)(Jm-J L)
=0
因为Jm+J L＞0
所以Jm-J L=0，J L=Jm
负载的转惯量J L等于电动机的转动惯量Jm称为“惯量匹配”。
惯量匹配时，负载的功率变化率最大，响应最快。
3 最佳减速比
伺服电机通常是高转速、低转矩输出，而负载要求通常是要求低转速、高转矩，因此伺服电
机和负载之间通常要接有减速器，其作用是降低转速、放大转矩，实现电机与负载间转速和转矩的匹配。
电机转速与负载转速之比称为减速比。
所谓“最佳减速比”就是使负载侧的功
率变化率最大。
（1）旋转运动负载的“最佳减速比”
设：
ωL-负载角速度
ωm-电机角速度
J L－负载侧转动惯量
Jc-折算到电机侧的负载转动惯量
i-减速比，i=ωm/ωL
η-减速器效率
根据能量守恒定律，减速器负载侧的动能等于电机侧动能乘以减速器的效率：
J L·ωL2/2=η·Jc·ωm 2/2
Jc＝J L/(ωm 2/ωL2·η)= J L/(i2·η)
当惯量匹配时，负载侧的功率变化率最大：
Jc＝Jm
惯量匹配时的最佳减速比ip：
Jm＝J L/(ip2·η)
Ip=√(J L/(Jm·η))
（2）直线运动负载的最佳螺矩
直线运动负载通常是伺服电机直接驱动丝杠。
设：
V L-负载运动速度（m/min）
Nm-电机转速（r/min）
M L－负载运动部分的质量（kg）
Jc-折算到电机侧的负载转动惯量（kg-m2）
λ-丝杠螺矩（m），V L＝Nm·λ
η-减速器效率
根据能量守恒定律，负载直线运动侧的动能等于电机侧动能乘以减速器的效率：
M L·V L2/2=η·Jc·Nm 2/2
Jc＝M L/(Nm 2/V L2·η)= M L/(( V L2/ Nm 2)·η)
Jc＝M L/(λ2·η)
当惯量匹配时，负载侧的功率变化率最大：
Jc＝Jm
惯量匹配时的最佳螺矩λp：
Jm＝M L/(λp2·η)
λp=√(M L/(Jm·η))
4 最佳减速比和惯量匹配的在选择电机功率时的应用
选择伺服电机的步骤是：
（1）根据负载图，按发热等效预选电动机的功率
（2）根据电动机速度和负载速度确定减速比：选择电动机的速度和惯量最接近最佳减速比的电动机型号。
（3）考虑电机数据，校验电动机的发热
（4）校验电动机的过载能力
（5）校验惯量匹配：
动态性能“激进”的系统：要求跟踪性能好的位置随动系统（伺服型负载），J L=0.8-1.2
Jm
动态性能“适度”的系统：一般伺服系统（伺服－调整混合型负载），
J L=0.8-4.0 Jm
动态性能“保守”的系统：运动指令变化缓慢的伺服系统（调整型负载），
不需校验负载惯量。
负载惯量有助于减小速度波动。