小功率电动机的转动惯量检测是评估其动态性能和控制特性的重要环节。转动惯量直接影响电动机的启动、加速和减速过程，准确测量转动惯量对于优化电动机的设计和控制策略至关重要。以下是几种常见的转动惯量检测方法及其具体步骤和特点：
1. 附加质量法
原理：
通过在电动机轴上附加已知质量的物体，测量电动机在启动和加速过程中的响应，从而推算出电动机的转动惯量。
步骤：
通过公式 J=2Tα，其中 T 是扭矩，α 是角加速度，计算出电动机的转动惯量。
对采集的扭矩和转速数据进行降噪处理。
优选出加速稳定区域，同一机型的加速稳定区应基本相同。
设置变频器参数，控制电动机轴匀加速运转。
采集扭矩和转速数据，采集频率通常设置为500Hz。
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用标准质量块对扭矩测试系统进行标定，消除装配应力和其他应力对应变片的影响。
确保电动机处于冷态，所有系统运行稳定。
准备阶段：
标定阶段：
测试阶段：
数据处理：
计算转动惯量：
优点：
测试结果稳定，重复性好。
可用于现场测试，操作简便。
缺点：
需要附加质量块，增加了测试的复杂性和成本。
2. 波形分析法
原理：
通过分析电动机在小扰动下的功率信号波形，利用小波变换和稳定图算法来确定转动惯量。
步骤：
根据特征值和频率的关系，计算出电动机的转动惯量。
对系统矩阵进行特征值分解，得到信号的特征值。
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利用奇异值分解的结果构建系统矩阵。
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对协方差矩阵进行奇异值分解，得到特征值和特征向量。
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根据Hankel矩阵计算协方差矩阵差。
将处理后的信号进行模态分解，定义当前时间参考点，用预处理之后的时域信号构建过去和未来的Hankel矩阵。
使用小波变换对功率信号进行降噪处理。
采集电动机在小扰动下的功率信号，采集频率通常设置为500Hz。
信号采集：
信号处理：
模态识别：
协方差矩阵计算：
奇异值分解：
系统矩阵构建：
特征值分解：
计算转动惯量：
优点：
抗干扰性强，辨识结果与实际参数较为一致。
无需附加质量块，减少了测试的复杂性和成本。
缺点：
需要较高的计算能力，适合计算机辅助测试。
3. 负载电压阶跃试验法
原理：
通过改变电动机负载电压，观察电动机的响应，利用仿真方法确定转动惯量。
步骤：
利用仿真软件，根据采集的数据和已知的电动机参数，计算出电动机的转动惯量。
对采集的数据进行降噪处理，优选出加速稳定区域。
采集电动机在电压阶跃后的转速和扭矩数据。
在电动机运行过程中，突然改变负载电压，记录电动机的响应。
确保电动机处于冷态，所有系统运行稳定。
初始条件：
电压阶跃：
数据采集：
数据处理：
仿真分析：
优点：
无需附加质量块，减少了测试的复杂性和成本。
适用于现场测试，操作简便。
缺点：
仿真结果可能受到噪声的影响，需要进行多次测试以提高准确性。
4. 实验验证
为了验证上述检测方法的有效性，可以通过以下实验步骤进行验证：
实验设置：
选择几个不同型号的小功率电动机，确保它们处于冷态。
使用高精度的传感器实时采集电动机的转速和扭矩数据。
设置变频器和数据采集系统，确保数据采集的频率和精度。
实验步骤：
在电动机运行过程中，突然改变负载电压，记录电动机的响应。
采集电动机在小扰动下的功率信号，进行小波变换和稳定图算法分析。
逐步增加附加质量块，记录电动机在不同质量下的响应。
附加质量法：
波形分析法：
负载电压阶跃试验法：
结果分析：
通过对比不同方法的测试结果，确定哪种方法在各种情况下都能有效检测转动惯量。
评估每种方法的优缺点，选择Zui适合实际应用的检测方法。
