大惯量低刚度传动系统的稳定裕度提升方法

来源：机床与液压杂志2026年第7期北京时间：

作者：高萌，冯湛，杨海滨，陈新度，邓文彬，杨林

单位：广东工业大学机电工程学院；佛山智能装备技术研究院；佛山智能装备技术研究院；东北大学信息科学与工程学院；佛山华数机器人有限公司；广东工业大学机电工程学院；佛山智能装备技术研究院；佛山华数机器人有限公司

摘要：针对大负载惯量与低传动刚度的调速系统存在稳定裕度低、谐振明显的问题，提出基于转矩观测器的虚拟惯量整形方法，提升系统稳定裕度、降低谐振。建立含电流环的双质量系统模型，分析刚性传动和柔性传动对伺服系统的影响，进而探讨负载电机惯量比与传动刚度对谐振频率、幅值裕度的影响规律；基于此，设计转矩观测器，构造虚拟惯量反馈回路，通过调节虚拟惯量增益系数，将电机等效惯量动态配置至期望值，实现负载电机惯量比的动态调节。通过仿真和实验对比了PI控制及虚拟惯量控制的性能，验证了所提方案的有效性。结果表明：该方法使原系统幅值裕度提升6 dB，闭环系统谐振峰值亦显著降低。该方法通过软件算法实现电机虚拟惯量动态调节，无需硬件改造，为大惯量工业伺服调速系统提供一种低成本的稳定裕度优化方案。

关键词：惯量匹配;柔性传动;虚拟惯量法;稳定裕度

基金资助：佛山市南海区重点领域科技攻关项目(2230032004637)；粤港澳大湾区(佛山)先进制造业国家卓越工程师创新研究院“揭榜挂帅”项目(JBGS2024013)