MELSERVO 中的電子齒輪比
2018/6/6 10:40:13 標簽：中國傳動網
本周一提問時段，有位讀者提了這樣一個問題：
“三菱的伺服電子齒輪比和它簡單運動模塊里的每轉脈沖數、倍率的關系？怎么計算 PLC 發出的脈沖與電機的實際運行距離 ?”
本期我們來幫大家做個解答。
為何要設置電子齒輪比？
伺服電機以額定轉速工作時，其工作效率最高。而定位單元能夠輸出的最大指令脈沖頻率是固定的，該值較低時，定位單元就無法輸出使伺服電機達到額定轉速的指令。電子齒輪可以解決這一問題，它可以將指令脈沖頻率加工放大。
下圖是以 MR-J3 為例進行說明，MR-J3 的編碼器分辨率是 262,144，也就是說，實際上要對 MR-J3 輸入 262,144 個脈沖，伺服電機才能轉一圈，即對于 MR-J3，其每轉脈沖數是 262,144。而在沒有電子齒輪比的情況下，定位單元最大指令脈沖頻率為 1M pulse/s 的話，伺服電機的最高速度是 229r/min，遠遠達不到伺服電機的額定轉速。
所以，需要設置電子齒輪比來放大指令脈沖頻率的范圍，以達到伺服電機的額定轉速。比如下圖中，將電子齒輪比設置為 20 時，即能達到伺服電機的額定轉速。
如何計算電子齒輪比？
于是我們可以得到一條式子設定電子齒輪比時需要滿足的條件：
最大指令脈沖頻率 × 電子齒輪比 ≥電機編碼器分辨率 × 額定轉速
舉個栗子，
例1：MR-JE 的編碼器的分辨率是 131,072 pulse/rev，額定轉速為 3,000r/min，定位單元發送脈沖的能力為 200Kpulse/s，要想達到額定轉速，那么電子齒輪比至少應該設為多少？
計算如下圖所示：
上面這個例子是一個最普通的例子，其中的定位單元也可以稱為脈沖單元，只要能發脈沖就行了，至于伺服怎么運行，轉多少轉，轉速多大，完全根據該單元發送的脈沖及其頻率和伺服放大器中的電子齒輪比共同決定。如下圖中的方式「電子齒輪選擇：0」所示。
更簡化的方法
上述的這種方式需要進行一個式子的計算。而三菱的脈沖型伺服放大器里提供了另一個更加簡便的方法：「 Pr.PA21：電子齒輪選擇：1 」，設置「 Pr.PA05：每轉指令輸入脈沖數 」。
這種方法，則不考慮電子齒輪比 CMX/CDV，而直接考慮：定位單元發多少脈沖能使伺服電機轉一轉？
其中，Pt 是伺服電機編碼器分辨率，也就是伺服電機實際的每轉脈沖數，FBP 即是伺服電機轉一圈時定位單元發送的脈沖數。
??（4,194,304 pulse/rev 是 MR-J4 的分辨率）
比如 FBP 設置為 5,000，當定位單元發送 125,000 個脈沖數時，MR-J4 伺服電機運行轉數 Z 是：
125,000 × 4,194,304 / 5,000 = Z × 4,194,304；
Z = 125,000 / 5,000= 25 轉
機械系統的單位問題
以上的計算都比較簡單，而電子齒輪比真正讓人頭疼的地方是，考慮上機械系統側的單位問題，比如滾珠絲杠。
這么多參數，看著頭暈??
還是先舉個栗子，
例 2：對于上圖，以差動驅動器為例計算以下問題：
求每個反饋指令脈沖的機械移動量△Lc
將 QD75 側電子齒輪比設置為 1/1、機械移動量 △Lc = 0.1um/pulse 的情況下，求伺服側電子齒輪比 K
在問題（ 2 ）的條件下，求電機為 3,000r/min 時的指令脈沖頻率 fc
定位單元側的電子齒輪比
上述的計算很繁雜吧？
同時我們可以注意到一點，就是 QD75 側也有電子齒輪比。
什么！一個電子齒輪比就算得如此復雜，還再來一個?。。?/div>
莫慌，這個電子齒輪比的出現就是為了使我們簡化上述計算的。
在伺服放大器側設置電子齒輪比，目的是使得定位單元的最大指令頻率能對應伺服電機的額定轉速；而在定位單元側設置電子齒輪比，目的是使定位數據中的單位與機械系統的單位保持一致。
什么意思呢？我們在前面說到電子齒輪比真正讓人頭疼的地方是，考慮上機械系統側的單位問題，而定位單元側的電子齒輪比，就是為了對應這個問題。
對于一個機械系統，比如例 2 的滾珠絲杠，我們需要知道每個脈沖對應的機械移動量，需要知道多大的指令脈沖頻率對應多大的轉速，需要知道絲杠移動一定距離時給多少的脈沖......所以，需要很多的計算。
而定位單元側的電子齒輪比出現之后，就不需要這些計算了。
比如，要使伺服電機以 2,000mm/min 的速度移動 1,000mm...
現在不需要知道給多大的指令脈沖頻率了，直接設置 2,000mm/min 的速度...
現在也不需要知道給多少的脈沖數了，直接設置 1,000mm 的定位距離...
這個在《每轉移動量與每轉脈沖數該如何設置里》一文中說過，但還是有很多朋友關心怎么發脈沖，發多少脈沖。而設置這個電子齒輪比之后，問題已經切換為給多大的速度（mm/min），給多少的距離（mm）了。
我們來看看定位單元側電子齒輪比的設置?，F在我們有兩個電子齒輪比，定位單元側的和伺服放大器側的。這兩個電子齒輪比是相互配合的關系，共同構成一個新的電子齒輪比，姑且稱之為總電子齒輪比吧。
總電子齒輪 = 每轉脈沖數 /（每轉移動量 X 單位倍率）X 伺服側電子齒輪比
例 3：QD75+MR-JE，伺服電機直連滾珠絲杠，導程為 8mm。
電子齒輪比設置：
每轉脈沖數設置為 32,768pulse
每轉移動量設置為 8,000um
單位倍率設置為 1
伺服放大器側電子齒輪比設置為 4/1
當需要絲杠移動 20mm 時，伺服電機轉動 2.5 轉。
實際上這個計算是多余的。
也就是說，將定位單元側和伺服放大器側的電子齒輪比設置好了以后，就不需要計算發多少脈沖了！在定位數據里直接設置要移動的距離和速度就可以了！
無電子齒輪比的伺服
大家注意到沒有，在上面的式子中，32,768 × 4 = 131,072 ？
為何不將每轉脈沖數直接設置為 131,072呢？
那是因為 QD75 里的每轉脈沖數設置范圍是 1～65,535，因此需要通過伺服側的電子齒輪比來補足。
而在簡易運動控制單元（如：QD77）里，設置 4,194,304 都沒問題，所以，對應 QD77 的伺服放大器里沒有也不需要設置電子齒輪比。
供稿：智造商
本文鏈接：http://www.isshing.com/content.aspx?url=rew&id=537
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