请教关于伺服电机配用减速机的选择 点击：2774 | 回复：15
发表于：2007-06-18 10:06:00
楼主
在这里有个问题想请教一下：
现用伺服电机经减速机直接带动一圆辊作点对点定位运动，其中圆辊直径180mm，减速机速比为20，负载惯量+减速机惯量约为伺服电机惯量的两倍；伺服电机额定转速4000RPM，采用正余弦的的编码器分辨率为16384，并配备相应规格的制动电阻。
运动要求为：工作节拍20次/分钟，实际定位时间为1秒（加减速时间均为0.4秒），每次定位行程为600mm，要求定位精度为+/-0.02mm，运动控制器与伺服驱动器之间采用CAN总线通讯的方式发送点对点相对定位指令。
问题：减速机的行程间隙对定位精度的影响如何评估？如选择二级减速行程间隙为12弧分的进口减速机是否合适？或者说应该选择行程间隙在多少弧分以内的减速机才能满足要求？
还请各位高手不吝赐教，最好能说明具体的选择标准，至于只想卖减速机的广告贴就不要浪费大家的时间了。
现用伺服电机经减速机直接带动一圆辊作点对点定位运动，其中圆辊直径180mm，减速机速比为20，负载惯量+减速机惯量约为伺服电机惯量的两倍；伺服电机额定转速4000RPM，采用正余弦的的编码器分辨率为16384，并配备相应规格的制动电阻。
运动要求为：工作节拍20次/分钟，实际定位时间为1秒（加减速时间均为0.4秒），每次定位行程为600mm，要求定位精度为+/-0.02mm，运动控制器与伺服驱动器之间采用CAN总线通讯的方式发送点对点相对定位指令。
问题：减速机的行程间隙对定位精度的影响如何评估？如选择二级减速行程间隙为12弧分的进口减速机是否合适？或者说应该选择行程间隙在多少弧分以内的减速机才能满足要求？
还请各位高手不吝赐教，最好能说明具体的选择标准，至于只想卖减速机的广告贴就不要浪费大家的时间了。
发表于：2007-06-27 00:28:00
11楼
如果我没猜错的话楼主应该是位丝网印刷的专家咯,对伺服和减速机都挺熟,而且对这种张力控制方式也很了解,而楼主提到的问题我想应该不是那么简单的一个辊子的事,如果是,测出反向间隙,在控制器里加补偿,应该能满足您的要求.我认为减速机的挠性误差应该不会大到对您这套系统有影响.
如果是一对辊子的话,问题就比较复杂了，除了电机的响应,减速机的误差,系统的算法还有一个头疼的就是多了一个张力网带,两个电机间的同步问题要解决,控制器的补偿问题要解决还有要考虑张力在突然加减速时的波动带来的负载的变化对电机的影响也得考虑.
我的一点个人意见,为何不考虑用直线光栅对最终负载做位置闭环呢,如果觉得成本过高,何不考虑把另外一个跟随轴的伺服去掉?
另外位置控制本来就不是欧系伺服(带旋变的那种)的强项,模拟量输入,控制速度对他们来说那是拿手好戏,高速,稳定.
如果是一对辊子的话,问题就比较复杂了，除了电机的响应,减速机的误差,系统的算法还有一个头疼的就是多了一个张力网带,两个电机间的同步问题要解决,控制器的补偿问题要解决还有要考虑张力在突然加减速时的波动带来的负载的变化对电机的影响也得考虑.
我的一点个人意见,为何不考虑用直线光栅对最终负载做位置闭环呢,如果觉得成本过高,何不考虑把另外一个跟随轴的伺服去掉?
另外位置控制本来就不是欧系伺服(带旋变的那种)的强项,模拟量输入,控制速度对他们来说那是拿手好戏,高速,稳定.
发表于：2007-06-27 10:03:00
12楼
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笨鳥慢飛： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 13:12:00
圆辊直径180mm,周长为565mm
故滾輪解析度 565/16384/20=0.0017mm
遠超過你的要求
滾輪若都是同向運轉 根本不考慮背隙問題
若有反向運轉 實測背隙 只要做補償就可
真正會產生問題 是在電機與減速機慣量匹配 及系統的響應
叫我小白： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 13:41:00
我有个问题，即使是同向运行。
当快速定位停下来的时候，因为存在反向间隙，圆辊有没有可能在惯性的作用下继续滑动一下造成定位不准？
丁喜： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 13:44:00
谢谢“笨鸟慢飞”的回答，现在负载惯量（经减速比折算后）+减速机惯量约在伺服电机惯量的两倍左右，而且伺服电机本身也选的是高响应特性的，所以这一块问题应该不大，另外有个问题是其实负载是一个循环往复的网带，通过两个上述的滚筒来进行牵引，现考虑由后端伺服电机作点对点定位，然后前端的伺服电机以电子齿轮的方式进行同步跟随（目的是为了使网带能够保持一定的张力），既然是跟随那么滞后就在所难免，不知道这是否会对定位精度构成影响？还请不吝赐教。
笨鳥慢飛： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 14:19:00
小白
系統的響應電機與減速機慣量匹配沒問題 就不會發生 有定位不准 那電機系統保證燒掉 笨鳥繳過好多學費 呵呵 系統最主要還有控制器
丁喜
以你上所寫 我知道電機沒有問題 你懂伺服的選型 但你拿收捲料來做定位 這樣設計我認為不妥 你無法掌控線速度變化 建立數學模數是理想化但不確實際 有許多變因 左右精度
同樣在張力用同步來做 也是相同問題
------------------------------------------------------------ 非常感谢各位的热心参与，以上是我的同一帖子在“运动控制”论坛中的一些回复，就如可怜的小强所述，确实是用于丝网印的承印底网定位。
两个辊子的同步比较让人头疼，但如果用直线光栅尺的话，那么应如何检测往复循环的网带行程呢？如果去掉另一个跟随辊驱动伺服的话，如何方便的控制网带的张紧程度呢？（网带是可能需要进行更换以适应不同印刷材料需求的）现在考虑用两轴伺服来替代原先的气缸夹送装置有以下几种考虑：
1、移送行程便于调整且能满足重复精度要求；
2、双辊夹送可以无需顶紧装置控制网带张力；
3、尽量减少各种气缸等用气源，从而取消空压机供气（空压机噪音太大，对于一些在民用建筑进行三班倒作业的小厂简直就是梦魇）。
现在看来首先减小辊径是一个值得改进的方法，至于减速机的精度真要做到1弧分以内成本确实比较高还需慎重考虑，不知各位还有无其他的建议或意见？
笨鳥慢飛： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 13:12:00
圆辊直径180mm,周长为565mm
故滾輪解析度 565/16384/20=0.0017mm
遠超過你的要求
滾輪若都是同向運轉 根本不考慮背隙問題
若有反向運轉 實測背隙 只要做補償就可
真正會產生問題 是在電機與減速機慣量匹配 及系統的響應
叫我小白： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 13:41:00
我有个问题，即使是同向运行。
当快速定位停下来的时候，因为存在反向间隙，圆辊有没有可能在惯性的作用下继续滑动一下造成定位不准？
丁喜： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 13:44:00
谢谢“笨鸟慢飞”的回答，现在负载惯量（经减速比折算后）+减速机惯量约在伺服电机惯量的两倍左右，而且伺服电机本身也选的是高响应特性的，所以这一块问题应该不大，另外有个问题是其实负载是一个循环往复的网带，通过两个上述的滚筒来进行牵引，现考虑由后端伺服电机作点对点定位，然后前端的伺服电机以电子齿轮的方式进行同步跟随（目的是为了使网带能够保持一定的张力），既然是跟随那么滞后就在所难免，不知道这是否会对定位精度构成影响？还请不吝赐教。
笨鳥慢飛： 引用 加为好友 发送留言 2007-6-20 14:19:00
小白
系統的響應電機與減速機慣量匹配沒問題 就不會發生 有定位不准 那電機系統保證燒掉 笨鳥繳過好多學費 呵呵 系統最主要還有控制器
丁喜
以你上所寫 我知道電機沒有問題 你懂伺服的選型 但你拿收捲料來做定位 這樣設計我認為不妥 你無法掌控線速度變化 建立數學模數是理想化但不確實際 有許多變因 左右精度
同樣在張力用同步來做 也是相同問題
------------------------------------------------------------ 非常感谢各位的热心参与，以上是我的同一帖子在“运动控制”论坛中的一些回复，就如可怜的小强所述，确实是用于丝网印的承印底网定位。
两个辊子的同步比较让人头疼，但如果用直线光栅尺的话，那么应如何检测往复循环的网带行程呢？如果去掉另一个跟随辊驱动伺服的话，如何方便的控制网带的张紧程度呢？（网带是可能需要进行更换以适应不同印刷材料需求的）现在考虑用两轴伺服来替代原先的气缸夹送装置有以下几种考虑：
1、移送行程便于调整且能满足重复精度要求；
2、双辊夹送可以无需顶紧装置控制网带张力；
3、尽量减少各种气缸等用气源，从而取消空压机供气（空压机噪音太大，对于一些在民用建筑进行三班倒作业的小厂简直就是梦魇）。
现在看来首先减小辊径是一个值得改进的方法，至于减速机的精度真要做到1弧分以内成本确实比较高还需慎重考虑，不知各位还有无其他的建议或意见？
发表于：2007-06-28 21:43:00
15楼
在同样的张力要求下，小辊子的力臂小，所以需要的转矩也小，但转速需要增大，在不考虑减速机传递效率的情况下，我们无需改变伺服电机的转矩/转速，只需减小减速机的速比即可（但需考虑减速比较小后负载惯量匹配以及负载惯量改变后所需加/减速力矩变化的问题）。
比如说假设将辊径减小为110mm，那么周长约为345.6mm，要维持原先的线速度应将减速比改为12左右，暂时忽略负载惯量变化所带来的一些变动（在辊径减小后负载惯量比及所需加/减速力矩变化在计算后仍可符合要求），此时辊径变化对于精度提高所带来的提升还是比较明显的：伺服电机定位分辨率约为345.6/12/16384=0.00176mm(不考虑减速机传递损失的话与原结构基本相同），而减速机每弧分背隙约为345.6/360/60=0.016mm。
其实对于减速机而言12和25的减速比基本都是二级变速，而同一品牌/系列的减速机在相同法兰尺寸/下同级变速器的价格差距并不是特别明显，所以改动前后实际成本的差别应该也不会很大。
比如说假设将辊径减小为110mm，那么周长约为345.6mm，要维持原先的线速度应将减速比改为12左右，暂时忽略负载惯量变化所带来的一些变动（在辊径减小后负载惯量比及所需加/减速力矩变化在计算后仍可符合要求），此时辊径变化对于精度提高所带来的提升还是比较明显的：伺服电机定位分辨率约为345.6/12/16384=0.00176mm(不考虑减速机传递损失的话与原结构基本相同），而减速机每弧分背隙约为345.6/360/60=0.016mm。
其实对于减速机而言12和25的减速比基本都是二级变速，而同一品牌/系列的减速机在相同法兰尺寸/下同级变速器的价格差距并不是特别明显，所以改动前后实际成本的差别应该也不会很大。
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