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伺服驱动器电子齿轮比计算公式推导

PLC爱好者 1533

前言:

当前兄弟们对“分辨率公式推导”大致比较关心,我们都想要学习一些“分辨率公式推导”的相关内容。那么小编在网上搜集了一些有关“分辨率公式推导””的相关知识,希望兄弟们能喜欢,你们一起来学习一下吧!

一、按伺服电机额定转速的电子齿轮比公式推导过程

一般在用的PLC的最高脉冲频率是100KHZ,即100000(脉冲数/秒),假设伺服电机的额定转速是2000(转/分钟),即2000/60=33.33(转/秒),伺服电机编码器是13bit,即分辨率为2^13=131072(脉冲数/转)。

那么在电子齿轮比1:1的情况下,PLC能让伺服电机旋转的最大转速是多少呢?

通过单位的换算,我们要得到:转/秒,这个单位(思想重点),那么我们可以将脉冲数/秒÷脉冲数/转,就能得到单位:转/秒。这里大家可以在纸上换算下就能得出。

那么我们就可以用最高脉冲频率÷伺服电机编码器分辨率,也就是100000÷131072=0.763(转/秒),也就是说,在电子齿轮比1:1的情况下,伺服电机所能达到的最大转速是0.763×60=45.78(转/分)。这个数值显然低于伺服电机的额定转速2000(转/分)。

因此,我们需要将伺服驱动器每秒接收到的脉冲数提高2000÷45.78=43.687倍才能发挥伺服电机能力。

而伺服驱动器的电子齿轮比就是将PLC发出的脉冲数成倍数放大后,再来驱动伺服电机,从而提高伺服电机的转速。

所以,这里的电子齿轮比就要设成43687:1。但是我们这样的话,就会出现误差。我们在计算过程中,不要除尽,要带分数去计算。

整个过程是:100000÷131072×(分子÷分母)=2000÷6,得到分子:分母=16384:375。把驱动器的分子参数设为16384,分母参数设置为375,这样就能达到2000(转/分)的目的了。

总结:分子÷分母=(转速÷60)×(编码器分辨率÷PLC最高脉冲频率)

二、传动比

我们实际项目中,由于伺服电机本身的转矩限制,或者出于成本考虑,一般会给伺服电机配个减速机,或者在为了提高/降低终端速度,就会配套大小齿轮。这样的话,伺服电机即使达到额定转速(最高转速),终端速度就会高于或者低于伺服电机的最高转速。

比如,减速机的减速比是5:1,伺服电机额定转速2000转/分,那么减速机输出轴的转速就是2000÷5=400转/分;或者减速齿轮的减速比是2:1,那么速度就会降到1000转/分。这就是传动比。

三、按脉冲当量的电子齿轮比公式的推导过程

伺服电机通过齿轮耦合再带动丝杠控制工作台移动

假设传动比K=2,也就是减速比为2:1,伺服电机额定转速是3000转/分,丝杠螺距D=10mm,PLC的最高频率是100KHZ,伺服电机编码器分辨率是2500ppr,4倍频后是10000脉冲数/转,也即是伺服电机旋转一圈需要10000个脉冲数。

这里的脉冲当量的意思是说,PLC每发出一个脉冲,终端工作台移动的距离。

假设我们要的脉冲当量是0.001mm/脉冲数。

首先我们一定要知道鱼和熊掌不可兼得的道理。也就是说,当我们以脉冲当量来电子齿轮比后,那么最后得到的伺服电机最高转速是达不到额定转速的。这点必须清楚。

因此,这里的计算过程是用不到额定转速的,最多就是通过计算出来的电子齿轮比计算出最高速度后,将这个数值填入触摸屏的速度输入框的最大限制值内,这样就能限制最大输入值。

言归正传,当我们知道脉冲当量要0.001mm/脉冲数时,那么当电子齿轮比1:1的情况下,当PLC发出1个脉冲时,伺服电机就会旋转1/10000圈,再通过减速齿轮,丝杠实际旋转了1/20000圈,最后带动丝杠走了1/20000×10=1/2000mm=0.0005mm。也就是说,在电子齿轮比1:1的情况下,这个传动系统的脉冲当量是0.0005mm/脉冲数。那么此时我们也能知道丝杠的最大速度为0.0005(mm/脉冲数)×100000(脉冲数/秒)=50mm/秒。而伺服电机的最大速度只能达到600转/分。

而我们需要的是0.001mm/脉冲数,因此我们只要将电子齿轮比提高0.001÷0.0005=2倍就能满足要求,这样就能得到电子齿轮比为2:1。但是即使提高了2倍,满足了脉冲当量的要求,伺服电机的最大转速也只能提高到1200转/分,达不到额定转速3000转/分。所以,如我开头所讲,鱼和熊掌不可兼得,也就是要了速度丢了精度,要了精度丢了速度,就是这个道理。

总结:分子÷分母=脉冲当量÷(丝杠螺距÷(编码器分辨率×传动比K))

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