用编码器提高伺服控制精度的理论是伪理论

用编码器提高伺服控制精度的理论是伪理论


刘志斌 发表于 2012/3/19 14:05:48


1、电机旋转一周的脉冲数到底怎样去计算？：

1）编码器的分辨率为131072，所以伺服转一周编码器输出131072的检测脉冲；

2）如果丝杠的螺距为5mm，要求输入一个指令脉冲时，工件位移0.001mm，那么要求伺服转一周需要输入的指令脉冲数为

     5mm/0.001mm=5000

3）就是说，我们需要伺服转一周时，输给主控器的指令脉冲是5000个，每输入一个指令脉冲工件精确移动0.001mm；

2、电子齿轮比：

1）我们输入5000指令脉冲，伺服电机转一周，编码器转一周，输出131072个脉冲；

2）这样伺服转一周，编码器输出的检测脉冲与我们输入的指令脉冲的比131072/5000，这个比就叫做电子齿轮比；

3）我们输入一个指令脉冲，工件移动0.001mm，叫做指令单位，或者叫做指令脉冲当量；

3、我们在伺服操作控制时：

1）我们要先确定脉冲指令单位，或者叫指令脉冲当量，就是每输入一个指令脉冲，要工件移动多少！

2）指令脉冲当量（脉冲指令单位），是用户自主决定的，例如你可以确定为0.001mm，也可以确定为0.0001mm；

3）然后确定计算出伺服转一周，你需要输入多少指令脉冲，因为丝杠转一圈，工件平移一个螺距，这样伺服转一周输入的脉冲是：

    伺服转一周输入的脉冲=螺距/（脉冲当量×减速比）   （减速比=伺服转数/丝杠转数）

4）这样也就确定了电子齿轮比：

电子齿轮比=编码器解析度/伺服一周的指令脉冲

5）有了这个电子齿轮比，控制器就知道我们输入的指令脉冲与编码器检测的脉冲之间的换算关系了：

    编码器的脉冲=电子齿轮比×指令脉冲

6）例如，我们要工件移动10.001mm，我们就输入指令脉冲数为

输入指令脉冲数=工件给定移动量/指令单位=10.001mm/0.001mm=10001（个）

7）控制器将其换算成编码器的脉冲：

编码器的脉冲=电子齿轮比×指令脉冲=(131072/5000 ) ×10001（个）

8）伺服运转，当编码器输出=(131072/5000 ) ×10001（个）脉冲时，自动停车，按要求工件移动10.001mm；

4、伺服主控器的其它控制作用：

1）当要工件移动的距离很大时，也就是控制器从你输入的指令脉冲计算分析出，伺服需要转动很多转才能到达目的地时，伺服控制中心会自动提高私服的转速，高速运行，当快到达目的地时，伺服速度会自动减小，缓慢到达目的地后停车；

2）也就是说，伺服控制的过程是 启动→加速→高匀速→减速→制动→停车；

3）当要工件移动的力矩平稳、大、小时，伺服控制中心还会自动控制电机电流，以适应力矩的控制要求；

4）控制中心检测电流大小，可以知道负载是否过载、重载或故障短路等，适时进行失速调节、报警、保护等；

5、伺服控制系统对伺服电机的要求：

1）一般功能：启动、停车制动、正反转；

2）调速的功能，速度闭环；

3）转矩控制功能，电流闭环；

4）最重要的功能是，在指令脉冲上准确启动或停车，例如指令脉冲是10001时，能在基点0精确启动，能在第10001个指令脉冲是精确停车！

6、讨论：

1）世界上有没有能在指令脉冲上准确启动、停车的电机或操作方法？

2）例如以上讨论的伺服理论，要求电机能在一个指令脉冲时准确转过1/10周、1/100周、1/1000周、1/10000周……

什么是伺服电动机？



刘志斌 发表于 2010/11/7 9:49:23



运动控制中，用伺服电机作为控制的最终执行部件，那么伺服电机与普通电机有什么不同？



  我来说：



1、普通电机是接在电源上的；

2、伺服电机是接在信号源上的；



1、普通电机的电流，只代表能量；

2、伺服电机的电流即是能量更是信号，



1、普通电机的控制靠开关，开、关只意味着电路接通或者断开，转子在什么位置，不知道；

2、伺服电机的控制不是开关，有信号就动作，无信号就停着，停在什么位置，在什么位置启动，都是确定的；



3、伺服电机是一个信号源的功放输出级的负载，就好像功放的喇叭；

4、所以伺服电机与普通电机的差别首先是作用、功用或功能上的差别，然后才是结构上的千变万化！



1、普通电机，电源、负载是它自主转动的条件；

2、而伺服电机，信号源、负载是它被动转动的依据，哪怕是半分毫也不能自主；

3、所以伺服电机是“听话”的“好电机”，就像听话的好孩子，一点不俏皮！



4、伺服电机是控制电机,而普通电机是拖动电机



欢迎大家参与讨论！

1、通过编码器和上位机的电子齿轮理论，来提高精确控制，不需要伺服电机，普通的直流调速或者普通的变频调速就是它的执行机构；

2、而精确的伺服控制系统的电机，不是普通电机；

电子齿轮比（CMX/CDV）的计算及其意义



刘志斌 2011.03.21

已知：

1）上位机发出脉冲能力为200Kp/S，200×1000/s，200×1000×60/min；

2）电机额定转速为3000R/ min，3000/60s；

3）伺服电机编码器分辨率是131072；

4）丝杆螺距是10mm；

求：

1、电机额定转速运行时的电子齿轮比？

2、如果电子齿轮比是1，伺服电机的转速？

3、生产时，设定指令脉冲当量，确定电子齿轮比？

解：

1、当上位机满额发出脉冲时，伺服恰好额定速度运行：

1）电机额定转速为3000r/ min，3000r/60s=50r/s;

2) 伺服电机编码器分辨率是131072；

3）电机额定转速时编码器输出检测反馈脉冲频率是131072×50r/s;；

4）上位机发出脉冲能力时发出的脉冲频率=200×1000/s；

5）当上位机满额发出脉冲时，伺服恰好额定速度运行，这时的电子齿轮比：

电子齿轮比=反馈脉冲频率/上位机满额发出脉冲频率

=（131072×50r/s）/ 200×1000/s

=6553600/200000

=3.2768



2、如果电子齿轮比是1：

1）上位机发出的1个脉冲=编码器输出检测反馈的1个脉冲：

2）上位机发出脉冲能力时发出的脉冲频率=200×1000/s；

3）伺服电机的转速是=200×1000/s×60/131072= 91.55 r/min



3、如果丝杆螺距是10mm，

1）要求上位机每发一个指令脉冲，工件移动0.001mm，即指令脉冲当量为0.001mm，也可以说指令脉冲单位为0.001mm：

2）如果伺服转一周，丝杆转一周，减速比是1；

3）丝杆转一周，上位机应该发出的指令脉冲为10mm/0.001mm=10000（个）；

4）伺服转一周，编码器检测反馈脉冲为131072（个）；

5）电子齿轮比=编码器检测反馈脉冲/上位机发出的指令脉冲=131072/10000=13.7012；



反馈脉冲：伺服电机编码器的解析度，伺服本身的脉冲。

指令脉冲：上位机发出的脉冲；也可以说是外部给定脉冲。

脉冲当量：伺服接受上位机发出的每一个脉冲信号的位置移动量，又称作最小指令设定单位。

CMX ：电子齿轮比的分子是电机编码器反馈脉冲。

CDV ：电子齿轮比的分母是上位机的给定脉冲（指令脉冲）。

电子齿轮比：是用来把上位机的给定脉冲要换算成与电机编码器反馈脉冲同等意义，以便控制中心按给定指令要求控制伺服转动定位；

1、编码器与上位机的电子齿轮伺服精确控制理论，精确度即所谓的指令脉冲当量或者叫指令脉冲单位，只是人为脉冲之间的关系，伺服执行元件对工件的实际控制没有实质意义上任何提高；

2、例如我们通过上位机，输入一个指令脉冲时，要求工件移动0.001mm，而执行元件本身无法执行这个指令的要求；

3、就好像小孩玩游戏机一样，一枪打出去，频幕上的人应声而倒，实际上这一切都是虚拟的，不存在的；

1、编码器与上位机的电子齿轮伺服精确控制理论，为了提高所谓的指令脉冲当量或者叫指令脉冲单位的精确度、分辨率、解析度，就在编码器上下功夫；

2、编码器的刻线是有限，不可能达到131072这样的数量级；

3、这个理论，就把编码器输出的脉冲用倍频的方法，把几百个或者几千个有限的编码器实际输出的脉冲任意扩大几十倍变成十几万的反馈脉冲；
4、如果编码器的刻线是1000，每转一周，实际输出1000个反馈脉冲，100倍频后变成100000个反馈脉冲；

5、就是说，编码器每输出1个脉冲，实际反馈的是100个脉冲，当编码器实际输出1个、2个、3个、……脉冲时，反馈的是100个、200个、300个、……反馈脉冲；

6、而上位机输出的一个指令脉冲，就是1个，这时如果电子齿轮比是1，反馈脉冲也应该是1个，而实际上反馈脉冲最少是100个；

7、也就是说电子齿轮比是1时，1、2、3、……100个指令脉冲，对应的反馈脉冲是100、100、100、……100个反馈脉冲；

8、这时的脉冲当量0.001，实际上是0.1，将编码器的输出脉冲倍频的方法是自欺欺人！

9、这时出现的情况就是，你通过上位机输入1、2、3、……100个指令脉冲时，伺服电机不转不启动，因为反馈脉冲是100它告诉控制中心电机已经转了100个脉冲的位移；

10、这时出现的情况就是，你通过上位机输入1、2、3、……100个指令脉冲时，伺服电机的反馈脉冲是100，控制中心控制电机反转，这时反馈脉冲又变成-100，控制中心又反转启动电机，这样电机在不断正反转振动！