Одним из наиболее важных параметров при выборе системы перемещения является инерция перемещаемого груза. Независимо от типа используемого двигателя — Индукция переменного тока, шаговый двигатель, бесщеточный постоянный ток, или Сервопривод переменного тока— отношение инерции нагрузки к инерции двигателя оказывает важное влияние на производительность системы.

Если инерция нагрузки значительно превышает инерцию двигателя, двигателю будет трудно управлять нагрузкой. И наоборот, если инерция двигателя намного превышает инерцию нагрузки, то двигатель, скорее всего, слишком большой, что увеличивает общую площадь, первоначальные затраты и стоимость эксплуатации и, возможно, требует более крупных компонентов в других частях системы.

Вот почему важно понимать не только то, как рассчитать коэффициент инерции системы с приводом от двигателя, но и как управлять несоответствием инерции для достижения наилучшей производительности системы.

Инерция определяется перемещаемой массой и расстоянием между массой и осью вращения. Для точечной массы уравнение инерции выглядит просто:

J_L = инерция груза (кгм²)

m = масса груза (кг)

r = расстояние от центра нагрузки до оси вращения (м)

Первый способ управления соотношением инерции нагрузки и двигателя состоит в том, чтобы поддерживать инерцию нагрузки как можно меньшей, принимая во внимание, что каждая часть системы, которая прямо или косвенно присоединена к двигателю, включая муфты, линейные направляющие, компоненты привода и приложенную нагрузку, вносит свой вклад в инерцию нагрузки. И хотя сам груз часто фиксирован по размеру, форме и массе, возможно, удастся изменить другие компоненты трансмиссии, чтобы уменьшить инерцию груза.

Например, если груз приводится в движение шариковым винтом значительно большего размера (большего диаметра или большей длины, чем необходимо), замена винта меньшего размера, который лучше подходит для конкретного применения, уменьшит инерцию груза и улучшит коэффициент инерции.

Существует также проблема податливости или недостаточной жесткости системы, которая усугубляется с каждой точкой соединения в трансмиссии. Этототсутствие жесткости усугубляет несоответствие инерции (высокое отношение нагрузки к инерции двигателя), что приводит к увеличению времени отклика и снижению производительности системы. пропускная способность, и резонанс.

Некоторые изменения в трансмиссии могут как улучшить несоответствие инерции (уменьшить коэффициент инерции), так и снизить податливость. Например, переход от традиционного шарикового винта к ведомая гайка сборка может существенно снизить инерцию привода, поскольку в системе с приводной гайкой вращается только гайка, а не весь винтовой вал.

Аналогичным образом, реечные приводы часто имеют меньшую инерцию при заданной длине хода, чем традиционные винтовые или ременные передачи, поскольку перемещается только шестерня (при условии, что рейка неподвижна, а шестерня приводится в движение). И винтовые, и реечные приводы обладают меньшей податливостью и большей жесткостью, чем ременные, что делает их более подходящими для работы с большим несоответствием инерции.

Однако имейте в виду, что как в системах с вращающейся гайкой, так и в системах с реечной передачей двигатель перемещается вместе с гайкой или шестерней, поэтому его масса теперь вносит свой вклад в инерцию нагрузки. В приложениях, где приложенная нагрузка невелика, это может сделать систему неэффективной, поскольку приводит к ситуации, когда двигатель использует значительную часть своего крутящего момента для перемещения собственной массы. Но если приложенная нагрузка велика, дополнительная масса двигателя не приведет к значительному увеличению требуемого крутящего момента.

ПроверятьНаконечники для линейного перемещениядля получения руководств о том, как рассчитать инерцию для различных типов систем:

При использовании двигателя с прямым приводом, такого как линейный двигатель или вращающийся моментный двигатель, инерция становится менее влияющей на производительность системы, поскольку устраняются муфты и коробки передач, которые повышают податливость. Основными факторами, определяющими производительность системы для применения с прямым приводом, являются жесткость механической системы и пропускная способность системы управления.

Другим методом управления инерцией груза является добавление в систему коробки передач. Это уменьшает величину инерции нагрузки, отражаемую двигателем или “видимую” им. А инерция нагрузки уменьшается на квадрат передаточного числа, поэтому относительно небольшая коробка передач (с низким передаточным числом) может существенно повлиять на инерцию нагрузки, воспринимаемую двигателем. Но имейте в виду, что если другие преимущества добавления коробки передач — увеличение крутящего момента нагрузки и увеличение частоты вращения двигателя — не являются необходимыми, это может оказаться дорогостоящим способом устранения высокой инерции нагрузки. Коробка передач также повышает надежность системы, требует дополнительного пространства и снижает эффективность.

К счастью, “старые” правила подбора инерции, которые побуждали дизайнеров стремиться к соотношению инерции 10:1 или ниже, устарели. В большинстве современных приложений хорошая производительность системы может быть достигнута даже при очень высоких коэффициентах инерции благодаря сложным сервоприводам с такими возможностями, как каскадные контуры управления и адаптивная настройка, а также более точным средствам моделирования системы. Одним из таких инструментов является Bode plot, который отображает амплитудную и фазовую характеристику системы на различных частотах. Чтобы узнать больше о заговорах Боде, ознакомьтесь с эта статья посвящена частотной характеристикеи эта статья о согласовании инерции.