時間:2017-07-10 15:08:50來源:深圳市雷賽智能控制股份有限公司
概述:
1 步進(jìn)和伺服電機(jī)的各自特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)介紹
1.1 兩種電機(jī)在點(diǎn)位控制或調(diào)速應(yīng)用的介紹
步進(jìn)、伺服電機(jī)主要用于精確定位場合,也都可以用于調(diào)速應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)因效率低,一般不做為動力用;因存在一定的轉(zhuǎn)矩脈動,不推薦用于轉(zhuǎn)矩控制。伺服系統(tǒng)則可以做轉(zhuǎn)矩控制,還可考慮取代變頻驅(qū)動當(dāng)動力用。
步進(jìn)電機(jī)做調(diào)速應(yīng)用時,控制指令通常用脈沖指令,靠改變脈沖頻率來調(diào)速。相對變頻器調(diào)速,有低速力矩大,易于控制啟停,加減速時間短的優(yōu)勢(合適的電壓及負(fù)載條件下,百毫秒級就能達(dá)到目標(biāo)速度)。而且調(diào)速范圍較寬,在負(fù)載慣量比匹配合理的條件下,通常不需要另加減速機(jī)構(gòu)。缺點(diǎn)在于運(yùn)行噪音相對大一些。
伺服電機(jī)做調(diào)速應(yīng)用相對變頻調(diào)速來說也有加減速時間短的優(yōu)勢,通??勺龅綆资畟€毫秒就達(dá)到預(yù)期速度,調(diào)速范圍更寬。在做調(diào)速、轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用時,控制信號建議用模擬量電壓信號。
1.2 步進(jìn)和伺服的性能特點(diǎn)及對比:
2 電機(jī)選型及應(yīng)用經(jīng)驗
2.1 電機(jī)驅(qū)動選型方法
設(shè)備制造商在電機(jī)選型時,可參考以下方法:
1) 使用環(huán)境,需要的防護(hù)等級,運(yùn)行噪音指標(biāo),溫升指標(biāo)等;
2) 確定機(jī)械規(guī)格,負(fù)載、剛性等參數(shù);
3) 確認(rèn)動作參數(shù):轉(zhuǎn)速、行程、加減速時間、周期、精度等;
4) 計算負(fù)載慣量、選擇電機(jī)慣量;
5) 計算電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩;
6) 選擇最高轉(zhuǎn)速能滿足應(yīng)用要求的電機(jī)。
設(shè)備制造商相關(guān)崗位人員可以按以下分工,來獲取這些信息
機(jī)械設(shè)計人員要先計算運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)而再計算需求力矩。
2.2 應(yīng)用經(jīng)驗
1)電機(jī)與負(fù)載間合理裝配聯(lián)接。
2)需注意驅(qū)動、電機(jī)的散熱。
3)選配驅(qū)動器,電源,合理設(shè)置電流,細(xì)分。
4)正確的電氣連接,合理的電氣裝配工藝。
5)設(shè)計合理的運(yùn)動曲線。
下表分別為設(shè)備制造商相關(guān)崗位人員如機(jī)械工程師、電氣工程師、軟件工程師提供一些參考
圖一
驅(qū)動器控制信號接線圖注釋:
1) 脈沖,方向信號端的接線原理圖;首先需滿足驅(qū)動器的信號電壓幅度條件。再考慮上位系統(tǒng)的信號輸出類型,基本可分為:差分型、NPN型(漏、拉電流型)、PNP型(源、推電流型)
2) 以較為常見的NPN型輸出信號為例說明,緊緊抓住回路的概念:電流從信號電源的正端流向PUL+經(jīng)內(nèi)部電路后從PUL-端流出,再經(jīng)過上位控制器脈沖輸出口正端流向負(fù)端(NPN、PNP型脈沖輸出口的正負(fù)端都可理解成單向?qū)ㄩ_關(guān)),再從脈沖輸出口的負(fù)端流回信號電源的負(fù)端,如圖1形成完整的回路。差分型輸出較為特殊;通常任意一端拿出來既能產(chǎn)生推電流又能產(chǎn)生拉電流,所以不能把幾路差分信號的“同名端”并聯(lián)在一起形成共陽或共陰接法。無論上位輸出的類型和驅(qū)動器信號接口是什么類型,只要能形成完整、可開關(guān)的回路就行。
3)另請注意當(dāng)信號電壓不是5V,需接電阻來限定電流時,方向與脈沖的回路中都應(yīng)有各自的限流電阻而不要去共用一個電阻。
4)為保證驅(qū)動器、電機(jī)的正常工作,建議控制指令的電源和其它帶有感性負(fù)載的電源完全隔離。若不能隔離,請務(wù)必為感性負(fù)載設(shè)置續(xù)流二極管。
運(yùn)動曲線、參數(shù)合理規(guī)劃設(shè)置:
軟件工程師需要做的有:規(guī)劃好每個軸的運(yùn)動控制曲線,了解每個動作的時間、行程,合理的配置初速度、加速時間、最高速度、換向時間。以期望達(dá)到效率最高、效果最好。以梯形加減速為例,講述如何規(guī)劃設(shè)計一段運(yùn)動曲線,見圖2及其說明。
若你的上位控制器不是通用的控制卡、PLC類,請注意以下幾點(diǎn):
1. 控制信號的高低電平時間是否滿足驅(qū)動器說明書上的要求。驅(qū)動器的信號輸入頻率都有上限。步進(jìn)通常為200KHZ,伺服通常為500KHZ,所謂的200K,500K都有一個前提:占空比在50%時。實(shí)際上200K也就是限定了高和低電平時間都不小于2.5微秒;500K時限定高和低電平時間都不小于1微秒。
2. 控制信號的幅度:高電平需高于3.5V;低電平需低于0.5V。MCU的輸出口通常不能直接帶動驅(qū)動器,需要設(shè)置放大電路來放大電流驅(qū)動能力,使脈沖方向輸出信號能達(dá)到典型應(yīng)用電流10毫安。
3. 控制信號的時序需滿足說明書上的要求。通常驅(qū)動器會要求方向信號至少提前脈沖有效沿1-2微秒的時間。
圖二
說明:
V1:起跳速度
V2:最高速度
t1:加速時間
t3-t2:減速時間,通常設(shè)計成和加速時間t1一致。
機(jī)座60以下的步進(jìn)電機(jī),建議起跳速度設(shè)置在1.5轉(zhuǎn)/秒以下,達(dá)到推薦的最高應(yīng)用轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/秒的加減速時間推薦30-150毫秒,電機(jī)端蓋尺寸86MM及以上,建議初始速度在1轉(zhuǎn)/秒以下,達(dá)到推薦的最高應(yīng)用轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/秒的加減速時間推薦80-200毫秒。400W及以下伺服建議初始速度3轉(zhuǎn)/秒以下,達(dá)到推薦的最高應(yīng)用轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/秒的加減速時間推薦15-200毫秒。750W-2000W伺服建議初始速度2轉(zhuǎn)/秒以下,達(dá)到30轉(zhuǎn)/秒的加減速時間推薦40-300毫秒。
知道總行程S,和允許的時間T,
就可以這樣計算出V1,V2,t1
S=(V1+V2)*t1+V2*(T-2t1);為方便計算令V1=0;則V2*(T-t1)=S;知道S,T值和V2,t1的經(jīng)驗取值范圍,確定V2和t1中的任一個,剩下的也就確定了。
圖三
標(biāo)簽:
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