位置模式下伺服的指令脉冲、反馈脉冲和非整除电子齿轮 点击：10186 | 回复：53
发表于：2007-08-10 23:23:00
27楼
谈谈我的理解：
伺服的位置环的PID实际上只有P的环节就是只有比例，无积分无微分，那么比例之前是如何对设定和反馈进行差值计算的呢？是通过一个累加器，也就是计数器吧，不过这个是双向的：一个控制加的一个控制减的，例如：设定值进来的脉冲控制加，反馈则控制减，如果方向信号相反或反向脉冲的话加减逻辑则相反。。。具体加多少减多少呢？那就是由电子齿轮比来进行设定的。。。
就拿楼主举的例子说明吧当电子齿轮比为25：8时，进来一个控制脉冲时计数的累加器就加25，反馈一个脉冲累加器就减8，那么当减到第三个脉冲后呢累加器的数值输出就只剩1了，这时如何动作呢？实际上，因为累加器还是不等于0，所以它的输出还是要经过位置环增益后输出给速度环，只不过这时的数值很小，所以输出的速度指令也会很小。。。当电机继续动作后又有一个反馈脉冲回来，这时累加器又减了8，此时变为-7，由于数值为负，使得经过位置环比例增益计算后的速度的给定值反向了，电机反转，回馈的脉冲信号就控制累加器不再是减了，而是加，回馈了一个脉冲当量后累加器又加回到1，这样电机就会在这一个脉冲当量中间反复的调节正反转，因为转动的距离是细微的，宏观上看就是稳定的保持不动。。。。所以说伺服的停止平衡是动态的平衡，而且无论电子齿轮比多少的情况下平衡的位置精度都是一个回馈的脉冲当量。。。。
一己之见，有误见谅。。。。
伺服的位置环的PID实际上只有P的环节就是只有比例，无积分无微分，那么比例之前是如何对设定和反馈进行差值计算的呢？是通过一个累加器，也就是计数器吧，不过这个是双向的：一个控制加的一个控制减的，例如：设定值进来的脉冲控制加，反馈则控制减，如果方向信号相反或反向脉冲的话加减逻辑则相反。。。具体加多少减多少呢？那就是由电子齿轮比来进行设定的。。。
就拿楼主举的例子说明吧当电子齿轮比为25：8时，进来一个控制脉冲时计数的累加器就加25，反馈一个脉冲累加器就减8，那么当减到第三个脉冲后呢累加器的数值输出就只剩1了，这时如何动作呢？实际上，因为累加器还是不等于0，所以它的输出还是要经过位置环增益后输出给速度环，只不过这时的数值很小，所以输出的速度指令也会很小。。。当电机继续动作后又有一个反馈脉冲回来，这时累加器又减了8，此时变为-7，由于数值为负，使得经过位置环比例增益计算后的速度的给定值反向了，电机反转，回馈的脉冲信号就控制累加器不再是减了，而是加，回馈了一个脉冲当量后累加器又加回到1，这样电机就会在这一个脉冲当量中间反复的调节正反转，因为转动的距离是细微的，宏观上看就是稳定的保持不动。。。。所以说伺服的停止平衡是动态的平衡，而且无论电子齿轮比多少的情况下平衡的位置精度都是一个回馈的脉冲当量。。。。
一己之见，有误见谅。。。。
发表于：2007-08-11 00:00:00
28楼
关于伺服大小步的问题，因为伺服连续转动起来时只是由累加器的数值输出来控制转动速度和方向，所以只要持续的有设定脉冲进来以保证累加器的数值输出不会反向，那么伺服会始终向一个方向转动的，而且中间不会有停顿，那么就不会有步的概念，同样对于连续的转动也就没有大小步的概念了。。。
但刘斑竹说的也没错，如果不是连续的给控制脉冲，是否连续也很难做出明显的界定，其实说白了也就是你的第2个控制脉冲如果赶在累加器被反馈信号减为反向之前到达就应该算连续的，因为电机没有反向转动，这个时间就和整个伺服的三环的运算处理响应时间以及反馈信号的处理时间有关了。。。如果控制脉冲很慢，那么伺服就会停下来甚至会反复的正反转来进行位置调节，这时一个一个的很慢的频率发控制脉冲过来，同时电子齿轮比又不是整数，那么就一定会出现所谓的大小步现象的,这个大小步和步进略有不同的是它也许会三个小步（3个脉冲当量）一个大步（4个脉冲当量），按楼主举的例子就是7个小步（3个回馈的脉冲当量）1个大步（4个回馈的脉冲当量），大步小步之间的差距只能是一个脉冲当量，因此说伺服的控制精度能保证在1个回馈的脉冲当量。。。由于“大小步”及“静止”时的“动态平恒”造成伺服的低速、超低速特性一般都不会很好。。。。。。
所以并不是说伺服的特性就一定优越于步进的，步进的停止保持是通过磁场的合成来达到的，虽然也会有波动，但相对于伺服的这种动态的平衡保持的精度反而更高些，步进的精度比步进的步距的分辨率要高，举个例子：一个两相步进50细分后10000步，它的精度绝对小于360/10000度，粗略的应该在5~10%*360/10000度；而伺服呢，精度和步距的分辨率都取决于编码器，编码器2500，4倍频后10000，它的步距分辨率和精度基本都是360/10000度。。。当然步进在更高的细分后由于对电流细分做的精度不会那么高了以及电路的影响，一定会出现细分后的“大小步”现象，此时的步距已经不能准确的定位了，只能由于平滑运转效果，但一组步的精度还是会有保证的，我的意思就是说如果256细分吧，200*256步的每步不会很准，但有可能连续的2步或4步之和就一定会很准确。。。伺服呢如果想提高控制精度只能靠提高编码器的分辨率来实现，一是价格，二是过高分辨率编码器反馈会造成系统处理速度的负担，只能换用处理速度更高的控制芯片来完成运算。。。。。。
但刘斑竹说的也没错，如果不是连续的给控制脉冲，是否连续也很难做出明显的界定，其实说白了也就是你的第2个控制脉冲如果赶在累加器被反馈信号减为反向之前到达就应该算连续的，因为电机没有反向转动，这个时间就和整个伺服的三环的运算处理响应时间以及反馈信号的处理时间有关了。。。如果控制脉冲很慢，那么伺服就会停下来甚至会反复的正反转来进行位置调节，这时一个一个的很慢的频率发控制脉冲过来，同时电子齿轮比又不是整数，那么就一定会出现所谓的大小步现象的,这个大小步和步进略有不同的是它也许会三个小步（3个脉冲当量）一个大步（4个脉冲当量），按楼主举的例子就是7个小步（3个回馈的脉冲当量）1个大步（4个回馈的脉冲当量），大步小步之间的差距只能是一个脉冲当量，因此说伺服的控制精度能保证在1个回馈的脉冲当量。。。由于“大小步”及“静止”时的“动态平恒”造成伺服的低速、超低速特性一般都不会很好。。。。。。
所以并不是说伺服的特性就一定优越于步进的，步进的停止保持是通过磁场的合成来达到的，虽然也会有波动，但相对于伺服的这种动态的平衡保持的精度反而更高些，步进的精度比步进的步距的分辨率要高，举个例子：一个两相步进50细分后10000步，它的精度绝对小于360/10000度，粗略的应该在5~10%*360/10000度；而伺服呢，精度和步距的分辨率都取决于编码器，编码器2500，4倍频后10000，它的步距分辨率和精度基本都是360/10000度。。。当然步进在更高的细分后由于对电流细分做的精度不会那么高了以及电路的影响，一定会出现细分后的“大小步”现象，此时的步距已经不能准确的定位了，只能由于平滑运转效果，但一组步的精度还是会有保证的，我的意思就是说如果256细分吧，200*256步的每步不会很准，但有可能连续的2步或4步之和就一定会很准确。。。伺服呢如果想提高控制精度只能靠提高编码器的分辨率来实现，一是价格，二是过高分辨率编码器反馈会造成系统处理速度的负担，只能换用处理速度更高的控制芯片来完成运算。。。。。。
发表于：2007-08-11 00:33:00
29楼
当电子齿轮比为整数时的情况伺服在静止时是何种情况呢，如果无外力负载作用时，伺服基本上是静止不动的，因为累加器的数值为0，造成无差值，速度、电流都为0，。。。但这种静止是没有任何意义的，因为一但有外界的负载作用使平衡被破坏，产生了回馈脉冲，那么就又出现了差值，在外部负载的持续反作用力下电机就会开始反复震荡进行动态平衡了。。。这种震荡的动态平衡的精度也同样是一个脉冲当量。。。。。一个没有输出保持转矩的静止是没有任何实际应用意义的，这个无输出的范围是一个脉冲当量，也就是说如果外部负载能产生的位置变化在此范围内也就没有产生回馈脉冲，那么整个系统也同样保持0输出状态。。。。。。。区别于伺服，步进在每一个点的静止保持都是有强大的保持力矩的，而且这个力矩通常都比转动时产生的大，半流保持功能除外。。。。
所以我遇见过的对静止保持要求很严格的定位场合，有时用步进的效果会更好，而且性能好的步进系统不见得就比伺服电机系统便宜。。。。
所以我遇见过的对静止保持要求很严格的定位场合，有时用步进的效果会更好，而且性能好的步进系统不见得就比伺服电机系统便宜。。。。
发表于：2007-08-11 14:34:00
31楼
To: 凡夫俗子,先生所言另人颇受启发。不过对于
"就拿楼主举的例子说明吧当电子齿轮比为25：8时，进来一个控制脉冲时计数的累加器就加25，反馈一个脉冲累加器就减8，那么当减到第三个脉冲后呢累加器的数值输出就只剩1了，这时如何动作呢？实际上，因为累加器还是不等于0，所以它的输出还是要经过位置环增益后输出给速度环，只不过这时的数值很小，所以输出的速度指令也会很小。。。当电机继续动作后又有一个反馈脉冲回来，这时累加器又减了8，此时变为-7，由于数值为负，使得经过位置环比例增益计算后的速度的给定值反向了，电机反转，回馈的脉冲信号就控制累加器不再是减了，而是加，回馈了一个脉冲当量后累加器又加回到1，这样电机就会在这一个脉冲当量中间反复的调节正反转，因为转动的距离是细微的，宏观上看就是稳定的保持不动。。。。所以说伺服的停止平衡是动态的平衡，而且无论电子齿轮比多少的情况下平衡的位置精度都是一个回馈的脉冲当量。。。。"还是有点疑问。
这样将导致了电流环必然性的频繁振荡吧？
"就拿楼主举的例子说明吧当电子齿轮比为25：8时，进来一个控制脉冲时计数的累加器就加25，反馈一个脉冲累加器就减8，那么当减到第三个脉冲后呢累加器的数值输出就只剩1了，这时如何动作呢？实际上，因为累加器还是不等于0，所以它的输出还是要经过位置环增益后输出给速度环，只不过这时的数值很小，所以输出的速度指令也会很小。。。当电机继续动作后又有一个反馈脉冲回来，这时累加器又减了8，此时变为-7，由于数值为负，使得经过位置环比例增益计算后的速度的给定值反向了，电机反转，回馈的脉冲信号就控制累加器不再是减了，而是加，回馈了一个脉冲当量后累加器又加回到1，这样电机就会在这一个脉冲当量中间反复的调节正反转，因为转动的距离是细微的，宏观上看就是稳定的保持不动。。。。所以说伺服的停止平衡是动态的平衡，而且无论电子齿轮比多少的情况下平衡的位置精度都是一个回馈的脉冲当量。。。。"还是有点疑问。
这样将导致了电流环必然性的频繁振荡吧？
发表于：2007-08-11 20:13:00
33楼
TO：lg_006，你好，谢谢你对我的指正，呵呵
对不起大家，更正自己对电子齿轮的理解错误：
确实是控制脉冲是对位置环的比较器（即一个累加计数器）进行加的话，那么反馈脉冲就是减。。。但我之前的理解部分有误，正确应该如下：
电子齿轮只是作用在控制脉冲回路，反馈脉冲的回路是直接对计数器进行一个脉冲减1的操作。
那么电子齿轮到底如何对控制脉冲作用呢？我认为的正确理解如下：还拿楼主的25：8的例子，一个控制脉冲接收后，接收脉冲的对应一个地址区D001里数值就加25，然后系统马上做出一个对D001的减法，减8，每减成功一次8就发一个脉冲给后面的差值累加器进行一次累加器加1的操作；此时D001地址里的数值在不断的减8发一个脉冲给累加器后逐渐减小到小于8，当系统判断D001地址里的数值小于8后就停止了对D001地址进行减8和发脉冲了；此时D001地址里剩余的数值保留，等待下一个控制脉冲接收后再将D001地址里的数值加上25后重新赋值给D001，由于D001里的数值满足了大于等于8的条件，系统继续进行减8和发脉冲给累加器加1的操作。。。这样的话当第8个控制脉冲被处理完成以后D001地址里的残值也就积累凑成了一个8被减一次后归0同时多发了一个脉冲给后面的差值累加器了，。。前面的7个控制脉冲都是转化为3个累加器的加1脉冲，最后的1个控制脉冲是转化为4个累加器的加1脉冲。。。8个控制脉冲合计转化为25个累加器的加1脉冲，电子齿轮作用成功。。。
呵呵，以前的理解有误，望见谅！上述的方法就可以避免了有残余数值时系统电流环和速度环在无外力负载情况下的自震荡。。。而且也可以保证即使在有外力负债情况下产生震荡时正、反两个方向的输出的一致性，因为累加器的输出始终就在1和-1间，也保证了由于差值最小所计算产生的细微震荡也最小。。。但在有外力负载的情况下是一定会产生动态的细微震荡平衡，精度就是一个反馈脉冲的当量，这个理解没有错，还有就是超低速时所谓的大小步现象的理解也一样没错。。。
有误之处还望批评指正。。。
确实是控制脉冲是对位置环的比较器（即一个累加计数器）进行加的话，那么反馈脉冲就是减。。。但我之前的理解部分有误，正确应该如下：
电子齿轮只是作用在控制脉冲回路，反馈脉冲的回路是直接对计数器进行一个脉冲减1的操作。
那么电子齿轮到底如何对控制脉冲作用呢？我认为的正确理解如下：还拿楼主的25：8的例子，一个控制脉冲接收后，接收脉冲的对应一个地址区D001里数值就加25，然后系统马上做出一个对D001的减法，减8，每减成功一次8就发一个脉冲给后面的差值累加器进行一次累加器加1的操作；此时D001地址里的数值在不断的减8发一个脉冲给累加器后逐渐减小到小于8，当系统判断D001地址里的数值小于8后就停止了对D001地址进行减8和发脉冲了；此时D001地址里剩余的数值保留，等待下一个控制脉冲接收后再将D001地址里的数值加上25后重新赋值给D001，由于D001里的数值满足了大于等于8的条件，系统继续进行减8和发脉冲给累加器加1的操作。。。这样的话当第8个控制脉冲被处理完成以后D001地址里的残值也就积累凑成了一个8被减一次后归0同时多发了一个脉冲给后面的差值累加器了，。。前面的7个控制脉冲都是转化为3个累加器的加1脉冲，最后的1个控制脉冲是转化为4个累加器的加1脉冲。。。8个控制脉冲合计转化为25个累加器的加1脉冲，电子齿轮作用成功。。。
呵呵，以前的理解有误，望见谅！上述的方法就可以避免了有残余数值时系统电流环和速度环在无外力负载情况下的自震荡。。。而且也可以保证即使在有外力负债情况下产生震荡时正、反两个方向的输出的一致性，因为累加器的输出始终就在1和-1间，也保证了由于差值最小所计算产生的细微震荡也最小。。。但在有外力负载的情况下是一定会产生动态的细微震荡平衡，精度就是一个反馈脉冲的当量，这个理解没有错，还有就是超低速时所谓的大小步现象的理解也一样没错。。。
有误之处还望批评指正。。。
发表于：2007-08-11 21:22:00
35楼
呵呵，精度不是指令脉冲能决定的，是由反馈的编码器的一个脉冲当量决定的。。。如果编码器是2500的话，那么4倍频后就是10000，电机的轴输出精度就是360/10000，至于最终负载的精度就要看传动比以及机械精度了。。。
一个控制脉冲只能被称为控制分辨率或指令单位而已，具体的电子齿轮的如何设定，以安川的伺服举例如下：
电子齿轮比= B / A = Pn202 /Pn203 = 编码器脉冲数*4/负载轴旋转一圈的移动量 * m/n ，，，，m/n=电机轴与负载侧的机械减速比（电机轴转m圈，负载轴转n圈），，，负载轴的旋转一圈的移动量=旋转一圈的总位移/期望的一个控制脉冲的指令单位，举个例子，如果丝杠的导程是4mm，期望的一个控制脉冲的指令单位是0.001mm的话，那么移动量=4/0.001=4000。。。。
其他伺服的电子齿轮比参数大体类似。。。。
一己之见，有误见谅
一个控制脉冲只能被称为控制分辨率或指令单位而已，具体的电子齿轮的如何设定，以安川的伺服举例如下：
电子齿轮比= B / A = Pn202 /Pn203 = 编码器脉冲数*4/负载轴旋转一圈的移动量 * m/n ，，，，m/n=电机轴与负载侧的机械减速比（电机轴转m圈，负载轴转n圈），，，负载轴的旋转一圈的移动量=旋转一圈的总位移/期望的一个控制脉冲的指令单位，举个例子，如果丝杠的导程是4mm，期望的一个控制脉冲的指令单位是0.001mm的话，那么移动量=4/0.001=4000。。。。
其他伺服的电子齿轮比参数大体类似。。。。
一己之见，有误见谅
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