要說(shuō)剛性，先說(shuō)剛度。

　　剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受壓時(shí)抵抗彈性變形的能力。它是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形困難的表現(xiàn)。材料的剛度通常用彈性模量e來(lái)衡量，在宏觀彈性范圍內(nèi)，剛度是部分載荷與位移的比例系數(shù)，即引起單位位移所需的力。它的倒數(shù)叫做柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度。

　　結(jié)構(gòu)的剛度(k)是指彈性體抵抗變形和拉伸的能力。k=P/δ，P是作用在結(jié)構(gòu)上的恒力，δ是力引起的變形。

　　結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度(k)為：k=M/θ，其中M為施加的扭矩，θ為轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

　　比如我們知道鋼管比較硬，一般在外力作用下變形小，而橡皮筋比較軟，同樣的力作用下變形比較大。那么我們可以說(shuō)鋼管剛性強(qiáng)，橡皮筋剛性弱，或者說(shuō)柔韌性強(qiáng)。

　　在伺服電機(jī)的應(yīng)用中，聯(lián)軸器是連接電機(jī)和負(fù)載的典型剛性連接。典型的柔性連接是用同步帶或皮帶連接電機(jī)和負(fù)載。

　　電機(jī)剛度是電機(jī)軸抵抗外界轉(zhuǎn)矩干擾的能力，我們可以在伺服控制器中調(diào)節(jié)電機(jī)的剛度。

　　伺服電機(jī)的機(jī)械剛度與其響應(yīng)速度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，剛度越高，響應(yīng)速度越高。但如果調(diào)整過(guò)高，電機(jī)很容易產(chǎn)生機(jī)械共振。因此，在通用伺服放大器參數(shù)中有一個(gè)手動(dòng)調(diào)整響應(yīng)頻率的選項(xiàng)。根據(jù)機(jī)械共振點(diǎn)調(diào)整(其實(shí)就是調(diào)整增益參數(shù))需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)。

在伺服系統(tǒng)的位置模式下，施加力使電機(jī)偏轉(zhuǎn)。如果力大，偏角小，則認(rèn)為伺服系統(tǒng)是剛性的，否則認(rèn)為是弱的。注意，我這里說(shuō)的剛性，其實(shí)更接近于反應(yīng)速度的概念。從控制器的角度來(lái)看，剛度實(shí)際上是一個(gè)由速度環(huán)、位置環(huán)和時(shí)間積分常數(shù)組成的參數(shù)，其大小決定了機(jī)器的一個(gè)響應(yīng)速度。

　　松下和三菱伺服有自動(dòng)增益功能。通常不需要特別調(diào)整。有些國(guó)產(chǎn)伺服只能手動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　其實(shí)如果不要求定位快，只要定位準(zhǔn)，阻力不大的時(shí)候，剛性低，定位準(zhǔn)也可以，只是定位時(shí)間長(zhǎng)。因?yàn)槿绻麆傂缘停ㄎ宦绻憫?yīng)快，定位時(shí)間短，就會(huì)有定位不準(zhǔn)的錯(cuò)覺(jué)。

　　慣性描述了物體運(yùn)動(dòng)的慣性，慣性矩是物體繞軸旋轉(zhuǎn)的慣性的量度。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和物體質(zhì)量有關(guān)。一般負(fù)載慣量是電機(jī)轉(zhuǎn)子的10倍以上，可以認(rèn)為慣量更大。

　　導(dǎo)軌和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剛度有很大的影響。在增益固定的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，剛性越大，越容易造成電機(jī)抖動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，剛性越小，電機(jī)越不容易抖動(dòng)。可以通過(guò)更換較小直徑的導(dǎo)軌和絲桿來(lái)降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載慣性，使電機(jī)不會(huì)抖動(dòng)。我們知道，在選擇伺服系統(tǒng)時(shí)，除了要考慮電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)外，還需要先計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的慣量，然后根據(jù)機(jī)器的實(shí)際動(dòng)作要求和工件的質(zhì)量要求選擇合適慣量的電機(jī)。

　　在調(diào)試過(guò)程中(手動(dòng)模式)，正確設(shè)置慣性比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械和伺服系統(tǒng)最 佳性能的前提。

　　到底什么是“慣性匹配”？

其實(shí)也不難理解，根據(jù)牛二定律：

“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩= 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J × 角加速度θ

角加速度θ影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，θ越小則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果θ變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。

伺服電機(jī)選定后最 大輸出值不變，如果希望θ的變化小，則J就應(yīng)該盡量小。

而上面的，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J＝伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性動(dòng)量JM ＋ 電機(jī)軸換算的負(fù)載慣性動(dòng)量JL。

負(fù)載慣量JL由工作臺(tái)及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的慣量折合到馬達(dá)軸上的慣量組成。JM為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，伺服電機(jī)選定后，此值就為定值，而JL則隨工件等負(fù)載改變而變化。如果希望J變化率小些，則最 好使JL所占比例小些。

這就是通俗意義上的“慣量匹配”。

一般來(lái)說(shuō)，小慣量的電機(jī)制動(dòng)性能好，啟動(dòng)，加速停止的反應(yīng)很快，高速往復(fù)性好，適合于一些輕負(fù)載，高速定位的場(chǎng)合。中、大慣量的電機(jī)適用大負(fù)載、平穩(wěn)要求比較高的場(chǎng)合，如一些圓周運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一些機(jī)床行業(yè)。

所以伺服電機(jī)剛性過(guò)大，剛性不足，一般是要調(diào)控制器增益改變系統(tǒng)響應(yīng)了。慣量過(guò)大，慣量不足，說(shuō)的是負(fù)載的慣量變化和伺服電機(jī)慣量的一個(gè)相對(duì)的比較。