电子齿轮之概念
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对于那些想学习PLC的人来说,第一件事就是控制伺服电机。
要控制伺服电机,必须联系电子传动比的概念。
这是从初学者到初学者的门槛。
很多人被困在这里,无法进入。
虽然你可以通过别人的文章或介绍粗略地设置电子传动比,但总是毫无意义。
因此,今天笔者将详细介绍电子传动比的相关概念和设置方法,为大家解决难题。
1齿轮传动比我相信每个人都熟悉齿轮。
通常,齿轮成对出现。
两个齿轮的模数相同,但齿数不同。
这样,旋转后就会形成速度差。
通常,产生这种速度差的方法称为传动比:干货:电子传动比的超详细计算方法在上图中,大齿轮和小齿轮的传动比为2:1,因此传动比为1:2。
小轮旋转两次,大轮子旋转一次。
电动机驱动小轮,小轮作驱动轮,大轮作从动轮,减速比为1:2。
2电子传动比在物理上理解了传动比后,更容易理解电子传动比,因为电机的控制是由上位机发送的脉冲,电机的转速是由编码器测量的。
然而,当伺服电机旋转时,主机发送的脉冲数与测量到的脉冲数之间没有一一对应关系。
它们之间有一个比率,叫做“比率”。
干货:电子传动比的超详细计算方法改变干货:电子传动比的超详细计算方法第一种情况:伺服电机直接连接到丝杠上干货:电子传动比的超详细计算方法此时减速比为1:1,螺距设置为5mm,伺服电机编码器的分辨率为131072。
当我们要上位机发送脉冲时,丝杠移动0.001mm,螺杆移动5mm,上位机需要发送5000个脉冲,电机旋转一次,编码器采集的值为131072,电子传动比为:干货:电子传动比的超详细计算方法由于分子和分母同时除以最大公约数8,电子齿轮的分子为16384,分母为625。
当然,你也可以直接写分子为131072,分母为5000在第二种情况下,伺服电机和丝杠通过减速机构连接干货:电子传动比的超详细计算方法假设减速比为2:3,伺服电机旋转3次,丝杠旋转2次,计算减速比,使每5000脉冲达到5mm。
丝杠旋转一圈(5mm),电机旋转1.5圈(3/2=1.5),编码器采集的实际值为131072*3/2,电子传动比为干货:电子传动比的超详细计算方法分子是24576分母是625。
想要学习PLC的朋友的第一件事就是控制伺服电机。
要控制伺服电机,您必须联系电子齿轮比的概念。
这是从初学者到初学者的门槛。
许多人被困在这里,无法进门。
尽管您可以通过其他人的文章或介绍来大致设置电子齿轮比,但这始终毫无意义。
因此,今天我将详细介绍与电子齿轮比相关的概念和设置方法,以供大家解决难题。
1,齿轮比我相信每个人都熟悉齿轮。
通常,齿轮成对出现。
两个齿轮的模数相同,但齿数不同。
这样,旋转后会形成速度差。
通常,产生这种速度差的方法称为齿轮比:干货:电子齿轮比的超详细计算方法在上图中,大齿轮和小齿轮的齿数比为2:1,因此速比为1:2。
小轮旋转两次,大轮旋转一圈。
如果电动机驱动小轮,小轮作为驱动轮,大轮作为从动轮,则减速比为1:2。
2,电子齿轮比在物理上理解了齿轮比之后,就更容易理解电子齿轮比了,因为电动机的控制是上位计算机发送的脉冲,电动机的旋转由编码器测量。
但是,上位机发送的脉冲数与伺服电机旋转时测得的脉冲数不是一一对应的,它们之间存在一个比率,称为“比率”。
干货:电子齿轮比的超详细计算方法更改干货:电子齿轮比的超详细计算方法第一种情况:伺服电机直接与丝杠连接干货:电子齿轮比的超详细计算方法此时,减速比为1:1,螺丝螺距设置为5mm,伺服电机编码器的分辨率为131072。
当我们希望上位机发送脉冲时,丝杠移动0.001mm,螺丝移动5mm,上位机需要发送5000个脉冲,电机旋转一次,编码器采集的值为131072,则电子齿轮比为:干货:电子齿轮比的超详细计算方法由于分子和分母同时被最大公约数8除,因此电子齿轮的分子为16384,分母为625。
当然,也可以直接将分子写为131072,将分母写为5000在第二种情况下,伺服电机和丝杠通过减速机构连接干货:电子齿轮比的超详细计算方法假设减速比为2:3,伺服电机旋转3次,丝杠旋转2圈,则应计算减速比,以使每5000个脉冲达到5 mm。
当丝杠旋转一圈(5毫米)时,电动机旋转1.5圈(3/2 = 1.5),编码器收集的实际值为131072 * 3/2,则电子齿轮比为干货:电子齿轮比的超详细计算方法因此分子是24576,分母是625,这是电子齿轮比的算法。
7.3.1 认知步进电机及驱动器1、步进电动机简介步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊执行电动机。
每输入一个电脉冲信号,电机就转动一个角度,它的运动形式是步进式的,所以称为步进电动机。
(1)步进电动机的工作原理下面以一台最简单的三相反应式步进电动机为例,简介步进电机的工作原理。
图7-10是一台三相反应式步进电动机的原理图。
定子铁心为凸极式,共有三对(六个)磁极,每两个空间相对的磁极上绕有一相控制绕组。
转子用软磁性材料中制成,也是凸极结构,只有四个齿,齿宽等于定子的极宽。
图7-10 三相反应式步进电动机的原理图当A相控制绕组通电,其余两相均不通电,电机内建立以定子A相极为轴线的磁场。
由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点,使转子齿1、3的轴线与定子A相极轴线对齐,如图7-10(a)所示。
若A相控制绕组断电、B相控制绕组通电时,转子在反应转矩的作用下,逆时针转过30°,使转子齿2、4的轴线与定子B相极轴线对齐,即转子走了一步,如图7-10(b)所示。
若在断开B相,使C相控制绕组通电,转子逆时针方向又转过30°,使转子齿1、3的轴线与定子C相极轴线对齐,如图7-10(c)所示。
如此按A—B—C—A的顺序轮流通电,转子就会一步一步地按逆时针方向转动。
其转速取决于各相控制绕组通电与断电的频率,旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。
若按A—C—B—A的顺序通电,则电动机按顺时针方向转动。
上述通电方式称为三相单三拍。
“三相”是指三相步进电动机;“单三拍”是指每次只有一相控制绕组通电;控制绕组每改变一次通电状态称为一拍,“三拍”是指改变三次通电状态为一个循环。
把每一拍转子转过的角度称为步距角。
三相单三拍运行时,步距角为30°。
显然,这个角度太大,不能付诸实用。
如果把控制绕组的通电方式改为A→AB→B→BC→C→CA→A,即一相通电接着二相通电间隔地轮流进行,完成一个循环需要经过六次改变通电状态,称为三相单、双六拍通电方式。
电子齿轮的实现方法1电子齿轮的用途在运动控制装置中,当机械系统的结构确定以后,电机跟机械装置的传动关系也就固定了,电机每转一圈产生的机械位移量也就固定了,而位置控制命令通常由上位机产生一定数量的定位脉冲来实现的,这些脉冲称为指令脉冲。
在大多数情况下,指令脉冲当量(单个脉冲对应的机械系统位移量)和位置反馈脉冲当量(单个位置反馈脉冲对应的机械系统的位移量)是不相同的,需要采用电子齿轮来匹配二者的对应关系,使指令当量折算到定位控制回路后与反馈脉冲当量相等,因此,电子齿轮就是指令脉冲当量与电机编码器反馈脉冲当量的一个比值。
光电编码器是伺服电机常用的位置反馈元件,其码盘的刻线数量决定了伺服电机的控制精度。
在实际应用中,不同的机械系统有不同的传动参数,有了电子齿轮,就可以随意设定一个指令脉冲所对应的电机转动量。
例如:车床用10mm螺距的丝杠,电机每旋转一圈,机械装置移动10mm,每移动0.001mm就需要电机旋转1/10000圈(0.001/10),如果连接5mm的丝杠,每0.001mm的移动量就需要电机旋转1/5000转,对于同一个伺服电机,1/10000和1/5000确定了这二个机械系统的指令脉冲当量,反馈脉冲当量由编码器刻线数量决定,是固定不变的,不能更改,为了满足这二个机械系统的要求,通过改变电子齿轮的参数设置,就可以获得指令脉冲当量与反馈脉冲当量所对应的准确的比例关系。
换句话说,有了电子齿轮,伺服电机才能够以固定的反馈脉冲当量来适应不同的机械系统。
为了实现一定精度的定位控制,指令脉冲当量ΔL在数值上往往远大于反馈脉冲当量ΔM,或者说需要很多个ΔM才能与ΔL等价,如果ΔL在数值上小于或者与ΔM相仿,那控制系统的定位控制精度就无法得到保障,这就是编码器刻线数量越做越高的原因。
假定传动机构的螺距为W,光电脉冲编码器每转脉冲数为P,且电机轴和传动丝杠是直接相连的,则位置反馈脉冲当量ΔM为:ΔM=W/(4P)(1)上式中的4表示对光电编码器的输出脉冲做4倍频处理。
伺服系统位置控制中的“电子齿轮”分析现代工业的发展,在机械加工,冶金制造、分切输送、机器人或机械手等领域,被控对象的动作越来越复杂化、多样化,它们都涉及到各自的位置定位,并且有着越来越高的控制要求。
交流伺服系统是目前工业自动化传动技术的高端技术之一,它使得输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角),数控技术确保执行元件跟随设定的指令,进行人们期望的运动。
它具备有位置、速度和力矩三种控制方式,主要用于高精度的定位,可以满足各类复杂机械位移(或转角)变化定位要求。
对“电子齿轮”的理解伺服系统一般具备三大环节:伺服电机、伺服驱动器和实施控制的上位机,上位机大都用PLC或单片机。
如图:伺服电机是这个系统的执行元件,伺服系统靠脉冲来定位,而位置控制的基本点是上位机依据被控对象的具体控制要求,编制程序;伺服驱动器执行上位机程序,输出脉冲。
这样,带有特定程序规则的脉冲电源让伺服电机驱使机械部件实现位移或转角,完成工序作业任务。
可见无论控制对象的要求千变万化,其准确的位置定位必然与脉冲的数量和每单位脉冲期间机械部件的移动量这样两个要素密切相关。
就机械构成而言,伺服电机输出轴与负载输入之间通常都有减速装置,它反映了伺服电机与负载输入之间转速的对应(倍率)关系,俗称速比。
由于机械结构的特点,这样的机械传动系统一旦确立,那么减速装置的速比就是固定的,如果需要调整,就意味可能废除原有硬件,重新制作安装,显然不是很方便。
能不能找到更方便且有效的途径,让机械系统的速度变化在一定的范围内可调整、设定呢?微电子技术和大功率电力电子技术的发展产生了伺服驱动器,它采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,实现比较复杂的控制算法,达到数字化、智能化;其功率器件采用以智能功率模块(IPM)为核心的驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程中的浪涌电流对驱动器的冲击。
电子齿轮表工作原理电子齿轮表是一种常用的测试仪器,用于检测机械装置中的齿轮传动系统。
其原理基于电子技术和机械原理的结合,通过高精度的传感器和计算机算法来测量齿轮的运动参数和性能指标。
本文将介绍电子齿轮表的工作原理及其应用。
一、电子齿轮表的传感器技术电子齿轮表主要依赖于高精度的传感器来感知齿轮的运动状态。
一般常用的传感器包括光电编码器、压电传感器和软磁传感器等。
光电编码器是一种利用光电检测原理来感知齿轮运动的传感器。
它通过测量光电元件接收到的光信号变化来计算齿轮的运动参数。
压电传感器则是利用材料的压电效应来测量齿轮受力情况,从而判断其运动状态。
软磁传感器则是利用材料的磁敏效应,通过测量齿轮传动过程中的磁场变化来判断齿轮的运动参数。
二、电子齿轮表的工作原理电子齿轮表的工作原理基于传感器技术和计算机算法的配合。
传感器负责感知齿轮的运动状态,将测得的数据传输给计算机。
计算机通过实时处理这些数据,并结合预设的算法对齿轮的性能指标进行计算和分析。
电子齿轮表主要测量齿轮的齿数、模数、齿宽、齿距、齿轮偏差和齿面粗糙度等参数。
它可以通过传感器感知齿轮齿数的变化,并基于此计算出齿轮的模数。
齿宽和齿距可以通过测量齿轮运动过程中的时间和位移来计算得出。
齿轮偏差则是通过传感器测量齿轮的偏移情况,并进行相应的修正。
齿面粗糙度可以通过传感器测量齿轮表面的微小起伏来判断。
三、电子齿轮表的应用电子齿轮表广泛应用于机械制造领域,尤其是对齿轮精度要求较高的行业。
它可以对不同类型和尺寸的齿轮进行精确测量,可以检测齿轮的精度级别,从而保证齿轮传动系统的正常工作。
在机械制造过程中,电子齿轮表可以用于对齿轮进行质量检验和评估。
通过测量齿轮参数,可以判断齿轮的加工质量和装配精度,并及时调整和纠正。
在齿轮的设计和研发过程中,电子齿轮表可以用于验证设计参数的准确性,并辅助优化齿轮结构,提高齿轮的工作效率和可靠性。
此外,电子齿轮表还可以应用于设备的维修和维护。
齿轮的概念齿轮是一种基本的机械传动元件,广泛应用于各种机械设备中。
齿轮的概念涉及到其结构、原理、分类以及应用等方面。
首先,齿轮是由两个或多个相互啮合的齿轮组成的机械传动机构。
它们通过齿与齿之间的啮合,将动力或扭矩从一个轴传递到另一个轴上。
具体来说,齿轮有两个主要部分:齿面和轴孔。
齿面是齿轮的外表面,其上有一系列齿槽,用于与另一个齿轮的齿槽啮合。
轴孔则是齿轮的中间孔,用于安装在轴上。
其次,齿轮的工作原理是基于齿与齿之间的啮合来实现动力传递。
当两个齿轮的齿槽相互啮合时,其中一个齿轮的转动会引起另一个齿轮的转动。
具体来说,当一只齿轮的齿与另一只齿轮的齿槽啮合时,它们沿着相反的方向旋转。
这样的旋转使得动力从一个轴传递到另一个轴上。
通过合理选择齿轮的齿数和模数等参数,可以实现不同的速比和转矩传递效果。
第三,根据齿轮的用途和结构形式,齿轮可以分为多种类型。
最常见的齿轮类型包括圆柱齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆齿轮等。
圆柱齿轮是最常见的一种,其齿槽是平行于齿轮轴的直线齿。
斜齿轮则是将圆柱齿轮花键倾斜一定角度形成的,可以用于传递轴不平行的情况。
锥齿轮是用于传递轴不平行且相交的情况,其齿槽是锥面。
蜗杆齿轮是由蜗杆和蜗轮组成的,主要用于实现大减速比的传动。
最后,齿轮的应用非常广泛。
它们常见于各种机械设备中,如汽车、船舶、飞机、工业机械等。
齿轮的应用可以实现不同的目的,如转速变换、扭矩放大、方向改变等。
例如,在汽车中,齿轮传动用于将发动机转速传递到车轮,实现汽车的前进和倒退。
在船舶中,齿轮传动用于传递发动机的功率到螺旋桨,推动船只行进。
在工业机械中,齿轮传动被广泛应用于各种机床、输送设备、风力发电机组等。
总之,齿轮作为一种基本的机械传动元件,在机械领域扮演着十分重要的角色。
通过齿轮的啮合传动,动力和扭矩可以有效地传递和转换,实现不同的运动效果和功能。
齿轮的应用范围广泛,不仅可以实现传动功能,还可以用于变速、变扭矩、方向转换等,为各种机械设备的性能提供了重要的支持和保障。
电子齿轮的设置
一、电子齿轮的概念:
通过调整电子齿轮(通过设置参数PA06、PA07)可以使伺服放大器的设置与机械位移相匹配。
同样,通过改变电子齿轮的值可以使机器以任意的加速比移动至伺服放大器设定的位移。
⎩
⎨⎧07PA :CDV 06PA :CMX 参数参数
公式 1000
r n Pt S Pt CDV CMX ⋅π⋅⋅=∆= 其中:n 是电机减速器中的减速比,n=NL/NM
Pt 是伺服电机的分辨率,可查
二、例子
我们采用的是传送带方式,以下是传送带方式下电子齿轮的设置的例子:
参数:
1减速比: n=1/3
2皮带轮的直径: r=160(mm)
3 伺服电机分辨率:Pt=262144(pulse/rev)
套入公式:
20944
3276861.16755126214410001603/12621441000r n Pt S Pt CDV CMX ≈=⋅π⋅⋅=⋅π⋅⋅=∆= 所以,将PA06的值设为32768,将PA07的值设为20944。
以上还需查询伺服电机的参数Pt ,和计算减速器的减速比的参数n 。
三、应用
我们项目中的参数:
1 减速比n=1/88
2 皮带轮直径r=268mm
3 伺服电机分辨率Pt=4000~16000,这里我们先取4000
带入公式:
84194735200083.841946352000100026888/140001000r n Pt S Pt CDV CMX ≈=⋅π⋅⋅=⋅π⋅⋅=∆= 所以将参数PA06设置为352000,参数PA07设置为841947。
·南京工程学院李宁南京埃斯顿自动化技术公司徐俊王晓伟王帆·文章分析了数字式交流伺服系统中的电子齿轮环节的作用,介绍了电子轮的基本原理。
给出了一种在数字式交流伺服系统中实现电子齿轮功能的方法,同时介绍了大规模可编程逻辑器件在这方面的应用。
最后分析了电子齿轮的控制精度。
电子齿轮原理及实现方法本文来自2003年第8期“伺服专栏”上 ,已经被阅读过379次1 概述全数字交流伺服系统具有以往的模拟式伺服系统所无法具有的一系列新的功能,如电子齿轮功能,自动辨识电机参数的功能,自动整定调节器控制参数功能,自动诊断故障的功能等。
正是由于具有这一系列新的功能,用户灵活掌握和调整的余地更大了,使用更为便利,同时也提高了性能,因而使全数字交流伺服系统得到了迅速的推广应用。
从1997年以来,我们一直从事全数字交流伺服系统的研制工作,目前已取得了阶段性成功。
本文将介绍全数字交流伺服系统中电子齿轮的原理及实现方法。
2 电子齿轮的原理数字交流伺服系统具有位置控制的功能,上位控制机向伺服系统发出位置指令脉冲。
位置指令脉冲具有3种形式:①方向信号+脉冲序列;②CCW脉冲序列+CW脉冲序列;③正交二相脉冲序列。
如图1所示。
图l 位置指令脉冲指令脉冲序列包含了两方面的信息,一是指明电机运行的位移,二是指明电机运行的方向。
通常指令脉冲单位是0.001 mm或0.01 mm等,而伺服系统的位置反馈脉冲当量由检测器(如光电脉冲编码器等)的分辨率,以及电机每转对应的机械位移量等决定。
当指令脉冲单位与位置反馈脉冲当量二者不一致时,就可使用电子齿轮使二者完全匹配。
使用了电子齿轮功能,可以任意决定一个输入脉冲所相当的电机位移量。
发出指令脉冲的上位控制装置无须关注机械减速比和编码器脉冲数就可以进行控制。
图2是具有电子齿轮功能的伺服系统结构。
图2 伺服系统结构图在图2中,机械传动机构的螺距为W,指令脉冲当量为ΔL,光电脉冲编码器每转脉冲数为P,一般电机轴与传动丝杠是直接相连的,这样就可以确定位置反馈脉冲当量ΔM。
电子齿轮之概念:机械之移动可依输入脉波之任意倍率来改变
以下以三菱伺服马达J2S来举例
电子齿轮比=CMX/CDV=参数NO.3/参数NO.4(需化简至最简单整数比)
CMX代入→马达额定转速(rpm)×马达ENCORDER分解能
CDV代入→脉波产生器之最高速率(PULSE/秒)× 60(秒/分)
马达额定转速(rpm)→转/分
马达ENCORDER分解能(pulse/圈)→马达转一圈需给的pulse数
脉波产生器之最高速率(pulse/秒)
因此未化简前CMX(分子)就是马达以额定转速转一分钟所需的pulse数
CDV(分母)就是脉波产生器一分钟所能产生之最多pulse数
现在就以FX2n-1PG脉波产生器+MR-J2S-10A+HC-MFS13来举例
FX2n-1PG脉波产生器:每秒最高可产生100K个pulse(就是说每分钟可产生100K×60个pulse)
HC-MFS13转一圈需131072(2的17次方)个pulse,额定转速3000rpm
因此电子齿轮比就是(3000×131072)/(100K×60)=8192/125
所以driver之CMX输入8192 ,CDV输入125后,只要丢131072÷(电子齿轮比)=2000个Pulse给driver就能让马达转一圈
(原来需131072个pulse才能转一圈)
而这个倍率的换算,由于我们已给driver参数,过程完全由driver的微处理机内部自动运算,不用我们操心
我们再回头来验算一下:
如果1PG每秒丢2000个pulse就能让Motor转一圈
那么1PG每秒如果丢100K个pulse(1PG的极限)是不是能让马达转50圈?
每秒50转是不是就等于每分3000转(rpm)!刚好就是马达额定转速!
那您也许会问说马达分解能原来那么高,经过电子齿轮比设定后是不是就降低了?
的确是的,不过这也要看你用在哪里?您的机械精度呢?
其实一圈2000个pulse,以一般的应用来说精度也算很高了
那么如果您想再提高精度而不想降低额定转速,有方法吗?
有的!再提高脉波产生器的速度!如FX2n-10GM最高速度是200K,这时再代入公式,可得电子齿轮比就是4096/125,
现在要让马达转一圈需要从脉波产生器丢出4000个pulse,额定转速依然不变是
3000rpm
要再提高精度吗?可以!还有500K的脉波产生器,甚至有更高的!
只是这时,脉波产生器的预算,就不是很友善了!。