選型說明6 min readUpdated 2026-03-15By Upage Motion Engineering
慣量比基礎與計算
慣量比定義為負載慣量（經減速機反射至馬達軸）與馬達轉子慣量的比值。此比值直接影響伺服系統的動態響應與穩定性。
計算公式：J_load_reflected = J_load / (i^2)，其中 i 為減速比。慣量比 = J_load_reflected / J_motor。
典型建議慣量比範圍為 1:1 至 10:1，具體取決於應用需求（如定位精度、加減速時間）。
- 低慣量比（<3:1）：適合高動態響應、快速加減速應用。
- 中慣量比（3:1 至 10:1）：平衡動態與穩定性，常見於一般工業機械。
- 高慣量比（>10:1）：需謹慎評估，可能導致系統震盪或調諧困難。
減速機反射效應與選型考量
減速機不僅改變轉速與扭矩，也將負載慣量以平方反比關係反射至馬達側。正確選用減速比可有效降低慣量比，改善系統性能。
例如：若負載慣量 J_load = 0.01 kg·m²，馬達慣量 J_motor = 0.001 kg·m²，無減速機時慣量比為 10:1。使用減速比 i=3 後，反射慣量 J_reflected = 0.01 / 9 ≈ 0.00111 kg·m²，慣量比降至約 1.11:1。
注意減速機本身的慣量（如齒輪、皮帶輪）也需納入計算，尤其在高精度應用中不可忽略。
- 減速比越大，反射慣量越小，但可能增加背隙與成本。
- 建議選用減速機時，同時考慮其效率、剛性與慣量貢獻。
- 對於高速輕載應用，可考慮直接驅動（無減速機）以簡化系統。
增益調諧與慣量比的相互影響
慣量比直接影響伺服驅動器的增益設定。高慣量比需要較低的比例增益（Kp）以避免震盪，但會降低響應速度。
自動調諧功能通常基於慣量比估算來設定初始增益，但手動微調仍必要。例如：慣量比 5:1 時，速度環增益約為 20-40 rad/s；慣量比 10:1 時，增益需降至 10-20 rad/s。
若系統出現低頻震盪（約 5-20 Hz），通常表示慣量比過高或增益過大。解決方案包括：增加減速比、使用低慣量馬達、或降低增益並加入濾波器。
- 建議使用驅動器的慣量比估算功能（如自動調諧）作為起點。
- 手動調諧時，先設定速度環增益，再調整位置環增益。
- 對於變負載應用，可考慮使用自適應增益或前饋補償。
Frequently Asked Questions
若慣量比超過 10:1，建議先檢查減速比是否可增加。若無法改變機械結構，可考慮：1) 使用低慣量馬達；2) 降低系統動態要求（如延長加減速時間）；3) 採用高階驅動器（具備共振抑制或自適應控制功能）。
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