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电子齿轮比与脉冲当量应用换算

2019年01月08日 13:47:15 供稿: 自动化电气系统

一、科普一下这几个参数

在定位参数的基本参数里,有四个相关的参数,分别是单位设置、每转脉冲数、每转移动量、单位倍率。

单位设置

这个参数设置的是定位控制时的指令单位,可以设置为mm、inch、degree、pulse。如果设置为脉冲单位pulse,那么我们在发定位指令时就是以脉冲为单位了,这时我们就该关心程序里应该发多少脉冲了。如果设置为毫米mm,那么我们发定位指令时就可以直接让控制对象(比如丝杠)走多少距离,而不需要也不应该操心程序里应该发多少脉冲。

2.每转脉冲数这个参数设置的是电机轴每转所需要的脉冲数。

3.每转移动量这个参数设置的是当伺服电机转动一转时,控制对象(比如丝杠)走多少距离。举个例子,丝杠的螺距是2mm,伺服电机直接带动丝杠,没有减速机,那么伺服电机转动一转时,丝杠移动量2mm,所以这里应该设置为2000um(前述提到的“单位设置”应设置为mm)

4.单位倍率

这个参数是当每转移动量超出设置范围时可以作出的调整。在使用QD75等定位模块时,会发现,每转脉冲数的设置范围是0-65535,每转移动量则与单位有关,若单位是pulse,则范围是1-65535pulse;若单位是mm,这范围是0.1-6553.5um。显然,第一,如果用的是JE伺服,那么每转脉冲数要设置为131072啊!第二,如果丝杠螺距超过7mm,每转移动量也无法设置。

在QD75里,如果每一脉冲的位移量小于1,则会发生命令频率变化。较小的设

置会增加变化并可能导致机器振动。如果每一脉冲的位移量变为小于1,则也

使用驱动装置的电子齿轮功能并进行设置使每一脉冲的位移量大于等于1。

这段话的意思是AL*AM/AP>=1.

二、举个实际例子

有一设备伺服轴,用的是MR-JE的马达,JE马达编码器分辨率是131072,丝杠螺距20mm;客户设置的参数是:QD75设置:每转脉冲数设置为1pulse,每转移动量设置为10um,单位倍率为1倍;伺服放大器侧电子齿轮比设置为8192/125;Pb:丝杆导程n:减速比Pt:电机编码器分辨率(脉冲/转)

三角L0:每脉冲对应的进给量(mm/脉冲)

三角S:电机每转对应的进给量(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每转脉冲数设置AP为1pulse,每转移动量设置AL为10um,单位倍率AM为1倍,所以电机转一圈所需脉冲数为:脉冲当量=导程/(减速比*伺服电机每转一周的定位模块脉冲数。)本例中脉冲当量=AL/AP=0.01/1=0.01mm=10um。伺服电机每转一圈需脉冲数=20/0.01=2000

再次验证公式:伺服侧电子齿轮比CMX/CDV=电机编码器分辨率/电机转一圈

所需脉冲数131072/2000=8192/125=65.536

这是由已知量电机编码器分辨率、螺杆导程,然后选的脉冲当量,设置QD75的AP、AL、AM,然后再算出伺服侧电子齿轮比。

小明设置的参数是:

每转脉冲数设置为32768pulse,每转移动量设置为2000um,单位倍率设置为10;伺服放大器侧电子齿轮比设置为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

因为每转脉冲数设置为32768pulse,每转移动量设置为2000um,单位倍率为10倍,所以电机转一圈所需脉冲数为:脉冲当量=导程/(减速比*伺服电机每转一圈的脉冲数。)脉冲当量=20/32768(mm/脉冲)伺服电机每转一周的脉冲数=20/(20/32768)=32768

再次验证公式:伺服侧电子齿轮比CMX/CDV=电机编码器分辨率/电机转一圈

所需脉冲数4/1=131072/32768=4

小明是通过设QD75的AP=32768,AL=2000,AM=10,算出脉冲脉冲当量=20/32768,然后再根据公式算出电子齿轮比。

按照以下式子去计算的话,上述两种设置得到结果是一样的:

电子齿轮=伺服侧电子齿轮比*每转脉冲数/(每转移动量*单位倍率)

把客户的参数代入上面的公式:电子齿轮=(8192/125)*(2000/20)=

32768/5(都换成了实际的数,而非QD75里设置的数)

把小陈的参数代入上面的公式:电子齿轮=(4/1)*(32768/20)=

32768/5(把QD75里的数代入计算。)

从以上两种方法来看,脉冲当量是不同的,客户的脉冲当量设置得好一些:

客户脉冲当量=0.01mm=10um(直观一些)

小陈脉冲当量=0.0006103mm=0.6103um(设置得一般。)

再把客户的设置重新理解:假如选定了脉冲当量是10um,由于导程是20mm,那么根据脉冲当量=导程/(减速比*伺服电机每转一圈的脉冲数。)

算出伺服电机每转一圈的脉冲数=20/0.01=2000,

然后把AP设成2000,AL=20000,AM=1,是不是更好理解一些。

客户设AP为1pulse,每转移动量设置AL为10um,单位倍率AM为1倍,实际上是AP和AL约分而已。(以上式子针对的是QD75等脉冲型定位产品,对于QD77MS则没有伺服侧电子齿轮比一项,相当于说,每转移动量与每转脉冲数、单位倍率就构成了电子齿轮)。

上述例子说明:

1.每转脉冲数与每转移动量的值可以约分;

2.若设置值超出范围,可以通过伺服侧电子齿轮比以及单位倍率来进行调整。

脉冲当量=导程/(减速比*伺服电机每转一周的驱动器脉冲数。)算出脉冲

当量。(电气定位精度)

脉冲当量也可以自己设定。当自己设定脉冲当量时,注意算一下马达的最高转

速,然后再PLC里限制定位模块发送脉冲的最高速度。以对应马达的额定速度。

以下几点是错误的。

“脉冲当量=螺距/(传动比*编码器解析度*电子齿轮比”是错误的:

1)脉冲当量与编码器的解析度无关;编码器的脉冲对控制脉冲只是个反馈的关

系。

2)伺服的极对数不同,“当量”会不同的!

3)脉冲当量只与丝杠的螺距、减速比、电子齿轮比、伺服每转一周控制脉冲数

有关!

已知:滑台导程12mm,马达编码器的分辨率是20480脉冲/r,控制器可以接收

线性差分信号500kpps以下;还可以接收开路集电极信号100kpps以下。马达

额定转速3000r/min,

滑台重复定位精度+/-0.02mm,用FX3GA本体的点位发脉冲控制马达。马达和滑

台用联轴器连接,没有减速机。(FX3GA,集电极开路100kpps脉冲。)

A方案:

设脉冲当量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

符合电子齿轮比的范围。

f:输入脉冲的频率(pps)

No:伺服电机速度(r/min)

Pt:电机编码器分辨率(脉冲/转)

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

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

当脉冲当量选0.001mm时,伺服侧电子齿轮比128/75,PLC的最高脉冲

100000pps,马达的速度是500r/min,没有达到马达的额定速度,速度有点

慢,显然是不能接受的。

B方案:设脉冲当量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

符合电子齿轮比的范围。

f:输入脉冲的频率(pps)

No:伺服电机速度(r/min)

Pt:电机编码器分辨率(脉冲/转)

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

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

说明当脉冲当量选0.01mm时,伺服侧电子齿轮比256/15,当PLC的最高脉冲

100000pps,马达的速度是5000r/min,速度已经超出了3000r/min,要使用这样的配置,必须限制PLC的最高脉冲数,限制为50kpps.马达的转速为2500r/min.

C方案:

设脉冲当量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

符合电子齿轮比的范围。

f:输入脉冲的频率(pps)

No:伺服电机速度(r/min)

Pt:电机编码器分辨率(脉冲/转)

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

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

说明当脉冲当量选0.005mm时,伺服侧电子齿轮比128/15,PLC的最高脉冲

100000pps,马达的速度是2500r/min,速度在3000r/min以内,不需要控制PLC的最大脉冲数。

设置电子齿轮比和脉冲当量方法

1、先设脉冲当量

脉冲当量=导程/(减速比*伺服电机每转一周的驱动器脉冲数)

2、算出伺服侧电子齿轮比

CMX/CDV=三角L0*Pt/三角S=三角L0*Pt/(n*Pb)符合电子齿轮比的范围。

3、校验PLC定位模块在最大脉冲数时,马达的转数是否等于或者低于额定转数。如果马达转数没问题,不需要控制PLC的最大脉冲数。否则需要控制PLC最大脉冲数。

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

f:输入脉冲的频率(pps)

No:伺服电机速度(r/min)

Pt:电机编码器分辨率(脉冲/转)

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

CMX/CDV=电机编码器分辨率/电机转一圈所需脉冲数

脉冲当量=导程/(减速比*伺服电机每转一周的驱动器脉冲数)

得出伺服控制器的电子齿轮比。

Pb:丝杆导程n:减速比

Pt:电机编码器分辨率(脉冲/转)

三角L0:每脉冲对应的进给量(mm/脉冲)

三角S:电机每转对应的进给量(mm/r)

CMX/CDV=三角L0*Pt/三角S=三角L0*Pt/(n*Pb)

f:输入脉冲的频率(pps)

No:伺服电机速度(r/min)

P:电机编码器分辨率(脉冲/转)

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

以上对电子齿轮比进行简单介绍。我们在设计选型的时候,需要了解以下一些

资料,滑台的导程、最大速度、重复定位精度、可带多大的负载。选择伺服马

达和伺服控制器时,要了解功率、输入电压、接收脉冲的类型、马达的额定速

度、接收脉冲最大数值。上位机,定位模块脉冲输出类型、最大脉冲输出数,

脉冲逻辑等。我们的目的是让马达定位又准,速度又较快。这样机器的UPH才会达标。

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