无刷直流永磁电机专题：如何解决负载惯量与电动机惯量不匹配问题

对于一个伺服驱动系统来说，增益越高，系统就越灵敏，对指令的响应就越快;但是过高的增益将导致系统不稳定。通过调节伺服放大器来调整系统的增益，当系统具有过冲小于5%和相移不超过90°的临界阻尼时，系统就能在最大响应和最小不稳性之间获得好的折中，安定时间就最小。MS.参今天与大家针对无刷直流电机负载惯量与电动机惯量的匹配问题进行探讨。

如何消除无效运动和柔量位移

在系统稳定的情况下，如果增加驱动机构的惯量，则系统会出现低频不稳定;如果减小驱动机构的惯量，则会出现高频不稳定。因此，系统惯量，尤其是负载惯量与电动机惯量的匹配情况，除了影响系统的功率传输外，更是引起系统不稳定，甚至不可控的诸多因素中的一个最重要的因素。

一般情况下，负载惯量是不易变化的，为了消除由于负载惯量与电动机惯量之间的高度不匹配而在它们之间产生的无效运动和柔量位移，可以采取下列几项措施：

1)首先采用合适的变速机构，尽可能把负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度减到最小。

2)其次是提高机械系统的刚度。

3)在上述措施无效的情况下，可以采取增加电动机轴上的惯量方法，尽可能把负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度减到最小。

如何通过电机选择解决匹配问题?

在负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度最小化的过程中，电动机的选用通常有两种方案：

(1)选用低惯量电动机

选用低惯量电动机，将有利于减小总的系统惯量，从而系统可以获得较高的加速度和较大的频带宽度;在加速性能最大化的同时，可以采用变速机构把负载惯量与电动机惯量之间的不匹配度最小化。但是，为了使负载惯量与电动机惯量匹配而采取最佳变速比方案的成本较高，有时还不一定能够实现。

(2)选用大惯量电动机

在选用低惯量电动机方案不能实现的情况下，有时采用具有同样力矩等级的在转轴上装有飞轮的大惯量电动机是最好的选择，它能够在伺服驱动系统的最高的动态性能和稳定性之间提供一个合理的折中方案。

设计人员可以根据上述原则，与配套件(外购)供应商合作，在综合分析可供采用的各个方案的可行性、系统性能和制造成本等情况的基础上，做出合理的决策。