环球电气之家-午夜精彩视频-中国专业电气电子产品行业服务网站!

產(chǎn)品分類

當(dāng)前位置: 首頁(yè) > 傳感測(cè)量產(chǎn)品 > 工業(yè)傳感器 > 編碼器

類型分類:
科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
編碼器

滿足伺服驅(qū)動(dòng)高動(dòng)態(tài)性能的旋轉(zhuǎn)編碼器

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:128

可控的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,例如機(jī)器人、裝卸系統(tǒng)以及生產(chǎn)型機(jī)床和機(jī)床工具等驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。為了增大控制環(huán)的增益需要充分考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、速度的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的剛性。位置編碼器的選用是影響驅(qū)動(dòng)控制性能好壞的一個(gè)非常重要的因素。特別是位置的分辨率及一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的位置誤差對(duì)系統(tǒng)性能影響非常明顯。

選用那種編碼器技術(shù)完全取決于相關(guān)應(yīng)用的精度要求。在電機(jī)上靈活的安裝方式以及和控制系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口方式使得集成各種不同的編碼器技術(shù)成為可能,便于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模塊化。

伺服驅(qū)動(dòng)用位置編碼器

編碼器通常用來(lái)做伺服驅(qū)動(dòng)的速度反饋。圖1示出了其外貌。

環(huán)球電氣之家
圖1 編碼器外貌

通常電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,旋轉(zhuǎn)變壓器輸出一個(gè)信號(hào)周期。因此,位置分辨率非常有限,位置值完全取決于一圈內(nèi)的信號(hào)。感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)有32或16個(gè)位置值,因此,可以實(shí)現(xiàn)更高的位置分辨率。角度位置是絕對(duì)位置值。光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器刻度盤上刻有512~2028個(gè)信號(hào)周期的精細(xì)刻線,因此它的分辨率更高。多圈感應(yīng)式和光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器能夠記錄4096圈以內(nèi)的任一個(gè)絕對(duì)位置值。

海德漢公司的感應(yīng)式和光電式編碼器通過(guò)內(nèi)部計(jì)算獲得絕對(duì)式位置值,并通過(guò)可靠的 EnDat2.2 雙向數(shù)據(jù)接口和控制器交換數(shù)據(jù)。控制器不需要額外的計(jì)算就可以直接獲得純數(shù)字的絕對(duì)位置值。然而,對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬信號(hào)必須進(jìn)行處理和計(jì)算,精細(xì)的計(jì)算也必須作為一個(gè)額外的成本考慮在內(nèi)。當(dāng)然,旋轉(zhuǎn)變壓器具有很好的魯棒性;海德漢的旋轉(zhuǎn)編碼器同樣也具有很好的加速性能。表1示出了幾種位置檢測(cè)器件的比較。

表1 幾種位置檢測(cè)器件的主要性能比較
環(huán)球電氣之家

周期性誤差對(duì)控制性能的影響

為了實(shí)現(xiàn)所需的高的分辨率,必須對(duì)掃描出來(lái)的正弦信號(hào)進(jìn)行細(xì)分。不充分的掃描、測(cè)量基體的污染以及信號(hào)處理的不完善都將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)偏離理想的正弦信號(hào),這樣在細(xì)分時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的周期性誤差,因此一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的位置誤差也稱為細(xì)分誤差。在高質(zhì)量的編碼器上細(xì)分誤差通常是信號(hào)周期的1%至2%。

細(xì)分誤差會(huì)影響位置精度,同時(shí)也會(huì)非常明顯地降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度穩(wěn)定性以及帶來(lái)噪音。速度控制器會(huì)根據(jù)誤差曲線計(jì)算電流來(lái)增加或減低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度。在低速時(shí)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給滯后于細(xì)分誤差。在加速時(shí)細(xì)分誤差的頻率也會(huì)增加。因?yàn)橹挥性诳刂葡到y(tǒng)的帶寬范圍以內(nèi)電機(jī)才能跟隨誤差的波動(dòng),細(xì)分誤差對(duì)速度穩(wěn)定性的影響會(huì)隨著速度的增加而減少。然而,它對(duì)電機(jī)電流的擾動(dòng)繼續(xù)增加,在高增益的控制環(huán)系統(tǒng)中將給驅(qū)動(dòng)帶來(lái)很大的擾動(dòng)噪音。

伺服驅(qū)動(dòng)能達(dá)到的精度取決于測(cè)量誤差的幅值以及周期。因?yàn)樾D(zhuǎn)變壓器一轉(zhuǎn)只產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)周期,細(xì)分誤差就會(huì)有很大的影響:使用表1中的數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)的帶寬設(shè)為100Hz,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)跟隨周期為編碼器一個(gè)信號(hào)周期的細(xì)分誤差,速度可達(dá)6000r/min。也就是說(shuō)在任何速度范圍內(nèi)都會(huì)有速度的波動(dòng)。

當(dāng)使用光電式旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí),只是在低速時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才滯后于細(xì)分誤差。使用和上面同樣的例子,使用2048線的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器,當(dāng)速度在0至2.8 r/min時(shí)一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的細(xì)分誤差才會(huì)變得很明顯。由此而引起的位置誤差通常在6”以內(nèi)。

位置分辨率對(duì)速度控制的影響

應(yīng)用在伺服驅(qū)動(dòng)上的編碼器的分辨率和精度通常是變化的,所以可能實(shí)現(xiàn)的最小測(cè)量步距對(duì)控制環(huán)的影響需要密切關(guān)注。圖2所示的簡(jiǎn)化的控制環(huán)示意圖可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。只對(duì)速度控制環(huán)增益是線性的情況來(lái)分析有限的位置分辨率的主要影響。筆者忽略位置控制器和積分速度環(huán),來(lái)分析下列參數(shù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):

采樣間隔T: 100μs;
P-增益KPG : 600s-1;
電機(jī)慣量JM : 0.001kgm2;
恒定扭矩KKM: 0.68Nm/A;

根據(jù)這些參數(shù),具有14位細(xì)分的旋轉(zhuǎn)變壓器的最小測(cè)量步距,會(huì)引起3.4A的電流波動(dòng),也就意味著電機(jī)峰值電流的50%需要考慮進(jìn)來(lái)。而另一方面值得注意的是具有更小測(cè)量步距17位的感應(yīng)式編碼器只有400mA的電流波動(dòng),25位的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器電流的波動(dòng)更小,只有不到2mA,見(jiàn)圖4。

環(huán)球電氣之家
圖2 簡(jiǎn)化的控制環(huán)示意圖

模塊式設(shè)計(jì)

伺服驅(qū)動(dòng)必須能夠在不同的精度要求時(shí)都能正常地工作。因?yàn)椴煌木纫鬀Q定了選擇那種編碼器技術(shù), 通用的安裝方式是通用模塊式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的先決條件。最理想的情況是:各種不同類型的編碼器—光電式、感應(yīng)式以及旋轉(zhuǎn)變壓器,不需要額外的轉(zhuǎn)接法蘭都能安裝在電機(jī)上。圖3所示的設(shè)計(jì)能滿足要求。值得一提的是海德漢編碼器(不管是光電式還是感應(yīng)式的)安裝要求是一樣的。

環(huán)球電氣之家
圖3 安裝方式

環(huán)球電氣之家
圖4 不同編碼器的電流波動(dòng)

a)旋轉(zhuǎn)變壓器(紅)
b)感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器(藍(lán))
c)光電式旋轉(zhuǎn)編碼器(綠)

表2 海德漢公司編碼器的主要參數(shù)
環(huán)球電氣之家

環(huán)球電氣之家
圖5 海德漢公司的編碼器外形

結(jié)語(yǔ)

與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)一樣,測(cè)量技術(shù)也是決定電氣驅(qū)動(dòng)性能的因素之一。機(jī)床各個(gè)軸的位置精度和速度穩(wěn)定性決定了工件和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。這就需要位置編碼器能夠提供足夠數(shù)量的測(cè)量步數(shù)和好的信號(hào)質(zhì)量。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械方面的影響和編碼器的位置誤差都將引起速度穩(wěn)定性的不規(guī)則變化。如果測(cè)量信號(hào)的分辨率太低或者細(xì)分誤差太大,波浪狀的誤差就會(huì)出現(xiàn)在工件加工表面。在生產(chǎn)系統(tǒng)里面特定運(yùn)動(dòng)的速度穩(wěn)定性也可以看作與質(zhì)量有關(guān)的生產(chǎn)參數(shù)。

編碼器的分辨率和精度在很大程度上能提高電機(jī)的速度穩(wěn)定性,同時(shí),也極大地減少了電機(jī)電流的波動(dòng)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音小,產(chǎn)生的熱量也會(huì)很少。

理想的具有高細(xì)分倍數(shù)的輸出信號(hào)支持高的帶寬,也就是說(shuō)載荷的變化對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的影響很小。

伺服驅(qū)動(dòng)用編碼器

海德漢公司提供的編碼器(見(jiàn)圖5)非常適合應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及車床的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上,如表2所示。其顯著的特點(diǎn)是:小的總體誤差、高扭轉(zhuǎn)剛性的聯(lián)軸器以及高的細(xì)分倍數(shù)。EnDat接口便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化。它不僅能夠傳輸絕對(duì)位置值,而且能夠同時(shí)傳輸附加信息。如:溫度、診斷數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù),同時(shí)還有供自動(dòng)識(shí)別的參數(shù)等,能夠給用戶帶來(lái)下面的便利:

數(shù)字化的位置值傳輸提高了傳輸?shù)目煽啃?
EnDat接口支持驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自學(xué)習(xí),減少了可能因維修而停機(jī)的時(shí)間;
EnDat接口的電纜簡(jiǎn)單、成本低,這將大大簡(jiǎn)化工程項(xiàng)目的機(jī)械設(shè)備和成本。

下一篇: PLC、DCS、FCS三大控

上一篇: 索爾維全系列Solef?PV

主站蜘蛛池模板: 电动高压冲洗车_价格-江苏速利达机车有限公司 | 旅游规划_旅游策划_乡村旅游规划_景区规划设计_旅游规划设计公司-北京绿道联合旅游规划设计有限公司 | 实验室pH计|电导率仪|溶解氧测定仪|离子浓度计|多参数水质分析仪|pH电极-上海般特仪器有限公司 | 消电检公司,消电检价格,北京消电检报告-北京设施检测公司-亿杰(北京)消防工程有限公司 | 学校用栓剂模,玻璃瓶轧盖钳,小型安瓿熔封机,实验室安瓿熔封机-长沙中亚制药设备有限公司 | 线粒体膜电位荧光探针-细胞膜-标记二抗-上海复申生物科技有限公司 | Dataforth隔离信号调理模块-信号放大模块-加速度振动传感器-北京康泰电子有限公司 | 微妙网,专业的动画师、特效师、CG模型设计师网站! - wmiao.com 超声波电磁流量计-液位计-孔板流量计-料位计-江苏信仪自动化仪表有限公司 | 永嘉县奥阳陶瓷阀门有限公司| 北京银联移动POS机办理_收银POS机_智能pos机_刷卡机_收银系统_个人POS机-谷骐科技【官网】 | 好笔杆子网 - 公文写作学习交流分享平台| 除尘布袋_液体过滤袋_针刺毡滤料-杭州辉龙过滤技术有限公司 | 北京开业庆典策划-年会活动策划公司-舞龙舞狮团大鼓表演-北京盛乾龙狮鼓乐礼仪庆典策划公司 | 科普仪器菏泽市教育教学仪器总厂 | 塑料异型材_PVC异型材_封边条生产厂家_PC灯罩_防撞扶手_医院扶手价格_东莞市怡美塑胶制品有限公司 | 球形钽粉_球形钨粉_纳米粉末_难熔金属粉末-广东银纳官网 | 学校用栓剂模,玻璃瓶轧盖钳,小型安瓿熔封机,实验室安瓿熔封机-长沙中亚制药设备有限公司 | 吹塑加工_大型吹塑加工_滚塑代加工-莱力奇吹塑加工有限公司 | 金环宇|金环宇电线|金环宇电缆|金环宇电线电缆|深圳市金环宇电线电缆有限公司|金环宇电缆集团 | 定量包装秤,吨袋包装称,伸缩溜管,全自动包装秤,码垛机器人,无锡市邦尧机械工程有限公司 | 大学食堂装修设计_公司餐厅效果图_工厂食堂改造_迈普装饰 | 菲希尔X射线测厚仪-菲希尔库伦法测厚仪-无锡骏展仪器有限责任公司 | 神超官网_焊接圆锯片_高速钢锯片_硬质合金锯片_浙江神超锯业制造有限公司 | 台式恒温摇床价格_大容量恒温摇床厂家-上海量壹科学仪器有限公司 | ORP控制器_ORP电极价格-上优泰百科 | 上海软件开发-上海软件公司-软件外包-企业软件定制开发公司-咏熠科技 | 高柔性拖链电缆_卷筒电缆_耐磨耐折聚氨酯电缆-玖泰特种电缆 | YAGEO国巨电容|贴片电阻|电容价格|三星代理商-深圳市巨优电子有限公司 | 空冷器|空气冷却器|空水冷却器-无锡赛迪森机械有限公司[官网] | 硬度计_影像测量仪_维氏硬度计_佛山市精测计量仪器设备有限公司厂家 | 加热制冷恒温循环器-加热制冷循环油浴-杭州庚雨仪器有限公司 | COD分析仪|氨氮分析仪|总磷分析仪|总氮分析仪-圣湖Greatlake | 电线电缆厂家|沈阳电缆厂|电线厂|沈阳英联塑力线缆有限公司 | 交联度测试仪-湿漏电流测试仪-双85恒温恒湿试验箱-常州市科迈实验仪器有限公司 | 山东led显示屏,山东led全彩显示屏,山东LED小间距屏,临沂全彩电子屏-山东亚泰视讯传媒有限公司 | 广州展台特装搭建商|特装展位设计搭建|展会特装搭建|特装展台制作设计|展览特装公司 | 防水套管_柔性防水套管_刚性防水套管-巩义市润达管道设备制造有限公司 | 高效复合碳源-多核碳源生产厂家-污水处理反硝化菌种一长隆科技库巴鲁 | 阳光模拟试验箱_高低温试验箱_高低温冲击试验箱_快速温变试验箱|东莞市赛思检测设备有限公司 | 青岛球场围网,青岛车间隔离网,青岛机器人围栏,青岛水源地围网,青岛围网,青岛隔离栅-青岛晟腾金属制品有限公司 | 次氯酸钠厂家,涉水级次氯酸钠,三氯化铁生产厂家-淄博吉灿化工 |