Schneider 伺服電機 BSH1002P31F2A

Schneider 伺服電機 BSH1002P31F2A

編碼器的ABZ相

A相、B相,、Z相旋轉輸出脈沖電壓,，三相脈沖各自獨立，A相和B相脈沖量相等,，但是A相和B相之間存在一個90°（電氣角的一周期為360°）的電氣角相位差,，可以根據(jù)這個相位差來判斷編碼器旋轉的方向是正轉還是反轉，正轉時,，A相超前B相90°*行相位輸出,，反轉時，B相超前A相90°*行相位輸出,。Z相為一圈一個脈沖電壓,。

編碼器線制：

是與編碼器線數(shù)*不同的概念，指編碼器接線數(shù),，如下圖為5線制編碼器接線圖：

2.2倍頻

注意： 只有增量式編碼器具備倍頻功能,。絕對式碼盤在任意位置都可給出與位置相對應的數(shù)字轉角輸出量，不存在四倍頻的問題,。

方波輸出有兩種,，單相編碼器輸出一相脈沖，正交編碼器輸出兩相相位相差90度的脈沖（在0度,、90度,、180度,、270度相位角,這四個位置有上升沿和下降沿）。

編碼器計數(shù)的時候可以只記上升沿（無倍頻）,，單相脈沖記上升沿和下降沿（2倍頻）,；正交脈沖記所有上升沿就是2倍頻，記所有上升和下降沿就是4倍頻（方波最多只能做到4倍頻）,。

以正交編碼器為例,，4倍頻的意義在于在1/4T方波周期就可以有方向變化的判斷，這樣1/4的T周期就是最小測量步距,，通過電路對于這些上升沿與下降沿的判斷,可以4倍于PPR讀取位移的變化,這就是方波的四倍頻,。這種判斷，也可以用邏輯來做,，0代表低,，1代表高，A/B兩相在一個周期內(nèi)變化是0 0,，0 1,，1 1，1 0 ,。這種判斷不僅可以4倍頻，還可以判斷移動方向,。

從經(jīng)濟性來講,，采用倍頻電路可以有效提高分辨率，而不增加旋轉編碼器的光柵數(shù),，從而減少旋轉編碼器的制作難度和成本,。

舉例：如果電機裝了一個2500線編碼器，則在不倍頻的情況下,，電機每轉一圈可輸出2500個脈沖,；如果經(jīng)過4倍頻電路處理，則可以得到一圈10000個脈沖的輸出,，電機一圈為360°,，所以每個脈沖代表的位置為360°/10000，相比360°/2500, 分辨率提高4倍,。

需要注意的是,，四倍頻2500線增量式編碼器轉一圈同樣需要輸入10000個脈沖。

2.3電機剛性與負載慣量比

電機剛性

電機剛性（與柔性相對）就是電機軸抗外界力矩干擾的能力,，即電機轉子的自鎖能力,。在伺服設置中，可以設定剛性等級,，通常根據(jù)慣量比以及傳動連接方式大致估測,。

剛性與響應速度有關,，一般情況下，剛性高的機械可通過提高伺服增益來提高響應性能：剛性越強,，對應的速度環(huán)增益越大,，其響應速度也越高，但是過高容易讓電機產(chǎn)生機械共振,，無法提高響應性能：在定位命令結束后,，即使電機本身已經(jīng)接近靜止，機械傳動端仍會出現(xiàn)持續(xù)擺動,。因此有高響應需求的場合需要剛性較高的機械以避免機械共振,。注意這里的機械剛性指機械的動態(tài)剛性，即機床抵抗受迫振動的能力大小,。

在伺服應用中,，用聯(lián)軸器來連接電機和負載，就是剛性連接,；而用同步帶或者皮帶來連接電機和負載,，就是柔性連接。

響應時間：

電氣系統(tǒng)的響應時間,，即給定一個位置,、速度、轉矩指令,，到電機運行至該位置,、速度、轉矩的時間,。

對響應速度和剛性關系的具體解釋：

在位置模式下,，用力讓電機偏轉，如果伺服系統(tǒng)的響應速度夠快,，當伺服系統(tǒng)剛剛檢測到偏差就立即輸出一個較大的反向力,，則電機偏轉角度較小，說明伺服系統(tǒng)剛性較強,。

轉動慣量與轉矩的關系

計算負載慣量的目的就是為計算加/減速轉矩,。

任何旋轉物體均有慣量存在，慣量大小直接反應旋轉時加/減速所需轉矩大小及時間長短,。因此選用電機時必須計算出電機的負載慣量,，才能據(jù)此選擇所需電機的規(guī)格。如若選定的電機無法在希望的加速時間到達預定轉速,，必定是電機輸出轉矩不符合負載的需求,，須加大電機的輸出轉矩。

關于力矩、轉矩和扭矩

力矩：力對剛體轉動的影響,，不僅與力的大小和方向有關,，還與力相對于轉矩的位置有關，為了描述力對剛體轉動的作用,，需要引入力對轉軸的力矩這一新的物理量,。

轉矩：轉矩即轉動力矩，一般指旋轉的物體所受到的力矩,。

扭矩：任何元件在轉矩的作用下,，必定產(chǎn)生某種程度的扭轉變形，因此習慣上又常把轉動力矩叫扭轉力矩,，簡稱扭矩,。

負載慣量比

電機慣量指的是轉子本身的慣量（即轉動慣量，只跟轉動半徑和物體質量有關）,，分為大,、中、小慣量,，從響應角度來講,，電機的轉子慣量應小為好；從負載角度來看,，電機的轉子慣量越大越好,。

負載慣量由工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿,、聯(lián)軸器等直線和旋轉運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成（即機械負載總慣量）.適用負載慣量通常小于伺服電機慣量的 5 倍,，一般負載慣量超過電機轉子慣量的10倍，可以認為慣量較大,。

負載慣量比 = 負載慣量 / 電機自身轉動慣量

電機剛性與負載慣量比之間的關系

負載的轉動慣量對伺服電機傳動系統(tǒng)的剛性影響很大，負載慣量比越大,，伺服允許的剛性等級越低,。固定增益下，伺服剛性相對轉動慣量比過高時,，易引起機械共振,；反之則電機響應速度遲鈍。為此需要做到慣量匹配,，即設置合適的負載慣量比,。一般是要調控制器增益改變系統(tǒng)響應，進而達到慣量匹配,；也可以選用剛性較高的機臺以避免機械共振（機臺具有的容許響應頻率）,。

在伺服設定時，用戶可自行選擇剛性等級，伺服驅動器將自動產(chǎn)生一組匹配的增益參數(shù),，滿足快速性與穩(wěn)定性的需要,，其前置條件為已正確獲得負載慣量比。

如何理解伺服電機的剛性和慣量,？

淺談剛性,、慣量、響應時間及伺服增益調整之間的關系

2.4電子齒輪

基本概念

電子齒輪：簡單地說就是用電氣控制技術代替機械傳動機構,。一般來說,，電機與驅動機構是直連的，機械結構固定后,，傳動比也就固定了,；利用電子齒輪可以增加傳動系統(tǒng)的柔性，提高傳動精度,。

電子齒輪比：電機編碼器接收脈沖與上位機發(fā)送脈沖之比,，可在驅動器或者控制器上設置。由此可知：

例：車床用 10mm 絲杠,，電機轉動一圈機械移動 10mm,，每移動 0.001mm 就需要電機旋轉 1/10000 圈（0.001/10），而如果連接 5mm 絲杠（即電機轉動一圈機械移動 5mm）,，且直徑編程的話,，每 0.001 的位移量就需要 1/5000 轉，這時可以用電子齒輪設置,，就可以保持脈沖當量不變,。

詳見：電子齒輪比計算方法

脈沖當量

脈沖當量是指控制器輸出一個定位控制脈沖時，所產(chǎn)生的定位控制移動的位移,。即單位脈沖的位移,。線性運動是指距離，圓周運動是指角度,。脈沖當量越小,，定位控制的分辨率越高，加工精度也越高,。所有的定位控制位移量以脈沖量為單位計算脈沖數(shù),。

3伺服系統(tǒng)控制原理

3.1三環(huán)控制

運動伺服一般都是三環(huán)控制系統(tǒng)，從內(nèi)到外依次是電流環(huán),、速度環(huán)和位置環(huán),。電流環(huán)反應速度最快，速度環(huán)的反應速度必須高于位置環(huán),，否則將會造成電機運轉的震動或反映不良,。伺服驅動器的設計可盡量確保電流環(huán)具備良好的反應性能，故用戶只需調整位置環(huán)、速度環(huán)的增益即可,。

伺服的控制方式有3種,，分別是位置控制、速度控制和轉矩控制,。

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