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“伺服脈沖步進(jìn)式”才是最精確的控制系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間:2012-05-31    
摘要:如果用伺服的編碼器+上位機(jī)的精確命令,實(shí)現(xiàn)對電機(jī)脈沖電流的定位控制,就真正實(shí)現(xiàn)了電機(jī)位置的精確控制。

  在自動(dòng)化的進(jìn)程中,人們很早以前就用步進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的精確控制。這些年來,人們又用編碼器+上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的精確檢測和精確指令。如果我們能用現(xiàn)代的“編碼器+上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的精確檢測和精確指令”去精確定位控制“電機(jī)的電源脈沖電流”,使電機(jī)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式的精確控制,那將是一個(gè)偉大的飛躍!

    伺服的原理是用上位機(jī)的指令脈沖與編碼器的反饋脈沖比較,產(chǎn)生控制電機(jī)啟動(dòng)、停止、調(diào)速的控制命令,可是電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行啟動(dòng)、停止是否在給定位置發(fā)生是另一回事。也就是說,伺服實(shí)現(xiàn)了,電機(jī)轉(zhuǎn)子的精確測量和控制指令的準(zhǔn)確可靠,但是電機(jī)的運(yùn)行并沒有按指令得到精確控制,啟動(dòng)、停車并沒有在給定位置。也就是說,伺服沒有實(shí)現(xiàn)像步進(jìn)電機(jī)那樣的對電機(jī)精確控制的手段!如果用伺服的編碼器+上位機(jī)的精確命令,實(shí)現(xiàn)對電機(jī)脈沖電流的定位控制,就真正實(shí)現(xiàn)了電機(jī)位置的精確控制。而伺服的編碼器+上位機(jī)直接對電機(jī)的電流脈沖的定位控制,只有一步之遙,在技術(shù)上不存在困難。我們期望一個(gè)對電機(jī)的位置即能精確測量,又能對電機(jī)脈沖電流精確控制的伺服脈沖式步進(jìn)系統(tǒng)的出現(xiàn)而努力!
 
 

    這里有幾個(gè)概念要統(tǒng)一:

1、電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的“脈沖”是什么?

1)如果你說的電脈沖,是電機(jī)的電源脈沖,把交流電的正、負(fù)半周看成兩個(gè)脈沖,那么三相交流電變化一周有6個(gè)脈沖;

2)那么極對數(shù)為P的交流電機(jī)轉(zhuǎn)一周需要6P個(gè)脈沖;

3)當(dāng)然這是三相交流電機(jī)的算法,直流電機(jī)或者其他轉(zhuǎn)動(dòng)原理不同的電機(jī),只是脈沖的計(jì)算式不同而已;

2、“移動(dòng)距離”是什么?

1)如果移動(dòng)距離指的是,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周,被驅(qū)動(dòng)的工件平移的距離;

2)那么一個(gè)電源脈沖,對應(yīng)電機(jī)前進(jìn)一步,被驅(qū)動(dòng)的工件平移的距離叫步距;

3)例如電機(jī)與被驅(qū)動(dòng)的工件之間是螺桿傳動(dòng),電機(jī)的轉(zhuǎn)速與螺桿的轉(zhuǎn)速比叫機(jī)械傳動(dòng)比,螺距就是螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周工件的平移距離

4)如果螺距是1mm,傳動(dòng)比是1:1,那么電機(jī)轉(zhuǎn)一周,工件平移1mm;

     如果螺距是1mm,傳動(dòng)比是10:1,那么電機(jī)轉(zhuǎn)一周,工件平移0.1mm;

     如果螺距是1mm,傳動(dòng)比是100:1,那么電機(jī)轉(zhuǎn)一周,工件平移0.01mm;

     如果螺距是1mm,傳動(dòng)比是1000:1,那么電機(jī)轉(zhuǎn)一周,工件平移0.001mm;

5)如果電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)一周需要6P個(gè)脈沖,那么每個(gè)脈沖即電機(jī)的每一個(gè)步進(jìn),工件移動(dòng)的距離就是一個(gè)步距,那么

    步距= 螺距/傳動(dòng)比×6P

3、編碼器的分辨率:

1)編碼器是檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子角位移的設(shè)備;

2)編碼器與轉(zhuǎn)子同軸;

3)電機(jī)每輸入6P個(gè)脈沖,轉(zhuǎn)一周角位移為360度(2π弧度),編碼器應(yīng)該輸出6P個(gè)脈沖,1個(gè)脈沖對應(yīng)的角位移是

360度/6P;

4)我的這個(gè)編碼器每轉(zhuǎn)一周只輸出6P個(gè)脈沖;

5)如果一個(gè)編碼器有6000P條刻線,沒轉(zhuǎn)一周,輸出6000P個(gè)脈沖,那么每1000P個(gè)脈沖對應(yīng)的角位移是360度/6P,對應(yīng)工件位移一個(gè)步距;

6)大家看到了,編碼器的刻線多沒有什么用處;

7)因?yàn)槲覀冎荒軠?zhǔn)確到電機(jī)的每一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過的角度,不可能準(zhǔn)確到幾分之幾個(gè)脈沖的角度,幾分之幾個(gè)脈沖無實(shí)際意義,只是個(gè)數(shù)學(xué)概念;

8)如果把編碼器的分辨率定義為每一個(gè)刻線對應(yīng)的角位移,那么6000P條刻線的編碼器的分辨率是360度/6000P;

9)這個(gè)分辨率的高低對電機(jī)的角位移的測量毫無意義;

10)我們要檢測的是電機(jī)轉(zhuǎn)過幾步,工件移動(dòng)幾個(gè)步距,雖然幾分之幾的步距數(shù)學(xué)概念有,而實(shí)際控制不了;

4、工件移動(dòng)的分辨率或者精度

1)工件移動(dòng)的步距就是我們電機(jī)(或者伺服)控制的分辨率或者精度;

2)由于步距=  螺距/傳動(dòng)比×6P,所以提高電機(jī)(或者伺服)控制的分辨率或者精度的方法是提高傳動(dòng)比;

3)例如:如果螺距是1mm,傳動(dòng)比是1000:1,那么電機(jī)轉(zhuǎn)一周,工件平移0.001mm,步距是 0.001/6p mm,控制精度就是0.001/6p mm;

5、所以建議編碼器與電機(jī)匹配,可以簡化控制計(jì)算的數(shù)字非常整齊;

6、由于電機(jī)的極對數(shù)P大多數(shù)是1、2、3、4、5、6,所以編碼器的刻線是2×2×3×2×3×2×5=720的整數(shù)倍,就可以通用;

7、為了檢測方向,可以有兩套互差90度電工角的刻線,以判斷轉(zhuǎn)向;

8、這樣,對于P=1的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差180條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)180條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)180條刻線為反轉(zhuǎn);

9、實(shí)際這樣還是720條刻線;

10、所以刻線得多少,不是精確度的問題,而是能否使一個(gè)步距對應(yīng)的刻線條數(shù)是整數(shù)個(gè),保證能精確記數(shù)的問題;

11、這樣,對于P=6的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差30條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)30條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)30條刻線為反轉(zhuǎn);

12、由于電機(jī)的極對數(shù)P是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10,所以編碼器的刻線是2×2×3×2×3×2×5×7×2×3=30240的整數(shù)倍,就可以通用,但是刻線太多,工藝難以實(shí)現(xiàn);

13、對于電機(jī)的極對數(shù)P是1、2、7、8、9編碼器的刻線是2×2×3×2×7×4×9=6048的整數(shù)倍,就可以通用;

14、這樣,對于P=1的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差1512條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)1512條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)1512條刻線為反轉(zhuǎn);

15、這樣,對于P=9的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差168條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)168條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)168條刻線為反轉(zhuǎn);

16、對于電機(jī)的極對數(shù)P是1、2、8、9、10編碼器的刻線是2×2×3×2×4×9×5=4320的整數(shù)倍,就可以通用;

17、這樣,對于P=1的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差1080條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)1080條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)1080條刻線為反轉(zhuǎn);

18、這樣,對于P=10的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差108條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)108條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)108條刻線為反轉(zhuǎn);

19、如果要給一個(gè)P是1、2、3、4、6、8、11、12的電機(jī)配用編碼器,則這個(gè)編碼器的刻線應(yīng)該是2×2×3×2×3×2×2×11×2=6336的整數(shù)倍,就可以通用;

20、這樣,對于P=1的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差1584條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)1584條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)1584條刻線為反轉(zhuǎn);

21、這樣,對于P=12的電機(jī),兩套刻線的基點(diǎn)互差132條刻線而重和,這樣從基點(diǎn)到左側(cè)132條刻線為正轉(zhuǎn),那么從基點(diǎn)到右側(cè)132條刻線為反轉(zhuǎn);

22、如果要給一個(gè)P是1、2、3、4、6、8、9、10、12的電機(jī)配用編碼器,則這個(gè)編碼器的刻線應(yīng)該是2×2×3×2×3×2×2×3×5×2=8640的整數(shù)倍,就可以通用;

23、從以上分析得出編碼器的刻線與電機(jī)的極對數(shù)相關(guān),一種編碼器的刻線適應(yīng)一種極對數(shù)的電機(jī),適應(yīng)多個(gè)不同極對數(shù)的電機(jī)的編碼器的刻線增多,在有限刻線下,一種編碼器不可能適應(yīng)所有極對數(shù)的電機(jī);

24、如果你的電機(jī)的極對數(shù)確定,可以盡量選擇適合的刻線少的編碼器,反而計(jì)算要簡單,并不影響檢測、反饋的精確度;

 

“那么極對數(shù)為P的交流電機(jī)轉(zhuǎn)一周需要6P個(gè)脈沖”???

1、這是對三相交流電機(jī)而言的;

2、在一對磁極里,有三個(gè)繞組,在不同磁極中各有A、C、B三個(gè)極相組,每一個(gè)極相組為60度相帶;

3、三相交流電注入極相組的電流脈沖(交流電的一個(gè)半周)的順序?yàn)锳、C、B、A、C、B,共6個(gè)脈沖;

4、交流同步電機(jī),電源輸入的脈沖數(shù)與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的步距是一一對應(yīng)關(guān)系;

5、其它電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周,電源輸入的脈沖數(shù)按其工作原理分別確定。