電子齒輪比與脈衝當量應用換算

2021-01-20 自動化電氣系統

一、科普一下這幾個參數

在定位參數的基本參數裡,有四個相關的參數,分別是單位設置、每轉脈衝數、每轉移動量、單位倍率。

單位設置

這個參數設置的是定位控制時的指令單位,可以設置為mm、inch、degree、pulse。如果設置為脈衝單位pulse,那麼我們在發定位指令時就是以脈衝為單位了,這時我們就該關心程序裡應該發多少脈衝了。如果設置為毫米mm,那麼我們發定位指令時就可以直接讓控制對象(比如絲槓)走多少距離,而不需要也不應該操心程序裡應該發多少脈衝。

2.每轉脈衝數這個參數設置的是電機軸每轉所需要的脈衝數。

3.每轉移動量這個參數設置的是當伺服電機轉動一轉時,控制對象(比如絲槓)走多少距離。舉個例子,絲槓的螺距是2mm,伺服電機直接帶動絲槓,沒有減速機,那麼伺服電機轉動一轉時,絲槓移動量2mm,所以這裡應該設置為2000um(前述提到的「單位設置」應設置為mm)

4.單位倍率

這個參數是當每轉移動量超出設置範圍時可以作出的調整。在使用QD75等定位模塊時,會發現,每轉脈衝數的設置範圍是0-65535,每轉移動量則與單位有關,若單位是pulse,則範圍是1-65535pulse;若單位是mm,這範圍是0.1-6553.5um。顯然,第一,如果用的是JE伺服,那麼每轉脈衝數要設置為131072啊!第二,如果絲槓螺距超過7mm,每轉移動量也無法設置。

在QD75裡,如果每一脈衝的位移量小於1,則會發生命令頻率變化。 較小的設

置會增加變化並可能導致機器振動。 如果每一脈衝的位移量變為小於1,則也

使用驅動裝置的電子齒輪功能並進行設置使每一脈衝的位移量大於等於1。

這段話的意思是AL*AM / AP >=1.

二、舉個實際例子

有一設備伺服軸,用的是MR-JE的馬達,JE馬達編碼器解析度是131072,絲槓螺距20mm;客戶設置的參數是:QD75設置:每轉脈衝數設置為1pulse,每轉移動量設置為10um,單位倍率為1倍;伺服放大器側電子齒輪比設置為8192/125;Pb:絲杆導程 n:減速比 Pt:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

三角L0:每脈衝對應的進給量(mm/脈衝)

三角S:電機每轉對應的進給量(mm/r)

CMX / CDV = 三角L0* Pt / 三角S = 三角L0* Pt / (n*Pb)

CMX / CDV = (0.01*131072) / 20 = 8192 / 125

QD75每轉脈衝數設置AP為1pulse,每轉移動量設置AL為10um,單位倍率AM為1倍,所以電機轉一圈所需脈衝數為:脈衝當量 = 導程/(減速比*伺服電機每轉一周的定位模塊脈衝數。)本例中脈衝當量 = AL / AP =0.01/1 = 0.01 m m = 10 u m。伺服電機每轉一圈需脈衝數 = 20/0.01 = 2000

再次驗證公式:伺服側電子齒輪比CMX/CDV = 電機編碼器解析度 / 電機轉一圈

所需脈衝數 131072 / 2000 =8192 / 125 = 65.536

這是由已知量電機編碼器解析度、螺杆導程,然後選的脈衝當量,設置QD75的AP、AL、AM,然後再算出伺服側電子齒輪比。

小明設置的參數是:

每轉脈衝數設置為32768pulse,每轉移動量設置為2000um,單位倍率設置為10;伺服放大器側電子齒輪比設置為4/1。

CMX / CDV = 三角L0* Pt / 三角S = 三角L0* Pt / (n*Pb)

CMX / CDV = [(20/32768)*131072] / 20 = 4 / 1

因為每轉脈衝數設置為32768pulse,每轉移動量設置為2000um,單位倍率為10倍,所以電機轉一圈所需脈衝數為:脈衝當量 = 導程/(減速比*伺服電機每轉一圈的脈衝數。)脈衝當量 = 20 / 32768 (mm / 脈衝)伺服電機每轉一周的脈衝數 = 20 / (20 / 32768)=32768

再次驗證公式:伺服側電子齒輪比CMX/CDV = 電機編碼器解析度 / 電機轉一圈

所需脈衝數4 / 1 = 131072 / 32768 = 4

小明是通過設QD75的AP=32768, AL=2000, AM=10,算出脈衝脈衝當量=20/32768,然後再根據公式算出電子齒輪比。

按照以下式子去計算的話,上述兩種設置得到結果是一樣的:

電子齒輪 = 伺服側電子齒輪比 * 每轉脈衝數 /(每轉移動量*單位倍率)

把客戶的參數代入上面的公式:電子齒輪 = (8192 / 125)* (2000 / 20)=

32768 / 5(都換成了實際的數,而非QD75裡設置的數)

把小陳的參數代入上面的公式:電子齒輪 = (4 / 1)* (32768 / 20)=

32768 / 5 (把QD75裡的數代入計算。)

從以上兩種方法來看,脈衝當量是不同的,客戶的脈衝當量設置得好一些:

客戶脈衝當量 = 0.01 m m = 10 u m (直觀一些)

小陳脈衝當量 = 0.0006103 m m = 0.6103 u m (設置得一般。)

再把客戶的設置重新理解:假如選定了脈衝當量是10 u m,由於導程是20 m m,那麼根據脈衝當量 = 導程/(減速比 * 伺服電機每轉一圈的脈衝數。)

算出伺服電機每轉一圈的脈衝數 = 20 / 0.01= 2000,

然後把 AP設成2000, AL=20000, AM=1,是不是更好理解一些。

客戶設 AP為1pulse,每轉移動量設置AL為10um,單位倍率AM為1倍,實際上是AP和AL約分而已。(以上式子針對的是QD75等脈衝型定位產品,對於QD77MS則沒有伺服側電子齒輪比一項,相當於說,每轉移動量與每轉脈衝數、單位倍率就構成了電子齒輪)。

上述例子說明:

1.每轉脈衝數與每轉移動量的值可以約分;

2.若設置值超出範圍,可以通過伺服側電子齒輪比以及單位倍率來進行調整。

脈衝當量 = 導程/(減速比*伺服電機每轉一周的驅動器脈衝數。) 算出脈衝

當量。(電氣定位精度)

脈衝當量也可以自己設定。當自己設定脈衝當量時,注意算一下馬達的最高轉

速,然後再PLC裡限制定位模塊發送脈衝的最高速度。以對應馬達的額定速度。

以下幾點是錯誤的。

「脈衝當量=螺距/ (傳動比 * 編碼器解析度 * 電子齒輪比」是錯誤的:

1)脈衝當量與編碼器的解析度無關;編碼器的脈衝對控制脈衝只是個反饋的關

系。

2)伺服的極對數不同,「當量」會不同的!

3)脈衝當量只與絲槓的螺距、減速比、電子齒輪比、伺服每轉一周控制脈衝數

有關!

已知:滑臺導程12mm,馬達編碼器的解析度是20480脈衝/ r,控制器可以接收

線性差分信號500kpps以下;還可以接收開路集電極信號100kpps以下。馬達

額定轉速3000 r / min,

滑臺重複定位精度+/- 0.02mm,用FX3GA本體的點位發脈衝控制馬達。馬達和滑

臺用聯軸器連接,沒有減速機。(FX3GA , 集電極開路100kpps脈衝。)


A方案:

設脈衝當量0.001mm

CMX / CDV = 三角L0 * Pt / 三角S = 三角L0 * Pt / (n * Pb)

CMX / CDV = (0.001 * 20480) / 12 = 128 / 75 = 1.7066

符合電子齒輪比的範圍。

f:輸入脈衝的頻率(pps)

No:伺服電機速度(r/min)

Pt:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

f * CMX/CDV = (No/60)*Pt

No = 100000*(128/75)*60 / 20480 = 500 r/min

當脈衝當量選0.001mm時,伺服側電子齒輪比128 / 75 ,PLC的最高脈衝

100000pps,馬達的速度是500 r/min,沒有達到馬達的額定速度,速度有點

慢,顯然是不能接受的。

B方案:設脈衝當量0.01mm

CMX / CDV = 三角L0 * Pt / 三角S = 三角L0 * Pt / (n * Pb)

CMX / CDV = (0.01 * 20480) / 12 = 256 / 15 = 17.066

符合電子齒輪比的範圍。

f:輸入脈衝的頻率(pps)

No:伺服電機速度(r/min)

Pt:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

f * CMX/CDV = (No/60)*Pt

No = 100000*(256 / 15)*60 / 20480 = 5000 r/min

說明當脈衝當量選0.01mm時,伺服側電子齒輪比 256 / 15 ,當PLC的最高脈衝

100 000pps,馬達的速度是5000 r/min,速度已經超出了3000 r /min,要使用這樣的配置,必須限制PLC的最高脈衝數,限制為50 kpps.馬達的轉速為2500 r/min.


C方案:

設脈衝當量0.005mm

CMX / CDV = 三角L0 * Pt / 三角S = 三角L0 * Pt / (n * Pb)

CMX / CDV = (0.005 * 20480) / 12 = 128 / 15 = 8.533

符合電子齒輪比的範圍。

f:輸入脈衝的頻率(pps)

No:伺服電機速度(r/min)

Pt:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

f * CMX/CDV = (No/60)*Pt

No = 100000*(128 / 15)*60 / 20480 = 2500 r/min

說明當脈衝當量選0.005mm時,伺服側電子齒輪比 128 / 15 ,PLC的最高脈衝

100000pps,馬達的速度是2500 r/min,速度在3000 r /min以內,不需要控制PLC的最大脈衝數。


設置電子齒輪比和脈衝當量方法

1、先設脈衝當量

脈衝當量 = 導程/(減速比*伺服電機每轉一周的驅動器脈衝數)

2、算出伺服側電子齒輪比

CMX / CDV = 三角L0 * Pt / 三角S = 三角L0 * Pt / (n * Pb)符合電子齒輪比的範圍。

3、校驗PLC定位模塊在最大脈衝數時,馬達的轉數是否等於或者低於額定轉數。如果馬達轉數沒問題,不需要控制PLC的最大脈衝數。否則需要控制PLC最大脈衝數。

f * CMX/CDV = (No/60)*Pt

f:輸入脈衝的頻率(pps)

No:伺服電機速度(r/min)

Pt:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

f * CMX/CDV = (No/60)*Pt

CMX / CDV = 電機編碼器解析度 / 電機轉一圈所需脈衝數

脈衝當量 = 導程/(減速比*伺服電機每轉一周的驅動器脈衝數)

得出伺服控制器的電子齒輪比。

Pb:絲杆導程 n:減速比

Pt:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

三角L0:每脈衝對應的進給量(mm/脈衝)

三角S:電機每轉對應的進給量(mm/r)

CMX / CDV = 三角L0* Pt / 三角S = 三角L0* Pt / (n*Pb)

f:輸入脈衝的頻率(pps)

No:伺服電機速度(r/min)

P:電機編碼器解析度(脈衝/轉)

f*CMX/CDV = (No/60)*Pt

以上對電子齒輪比進行簡單介紹。我們在設計選型的時候,需要了解以下一些

資料,滑臺的導程、最大速度、重複定位精度、可帶多大的負載。選擇伺服馬

達和伺服控制器時,要了解功率、輸入電壓、接收脈衝的類型、馬達的額定速

度、接收脈衝最大數值。上位機,定位模塊脈衝輸出類型、最大脈衝輸出數,

脈衝邏輯等。我們的目的是讓馬達定位又準,速度又較快。這樣機器的UPH才會達標。


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