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直线电机的低速度纹波 点击：1791 | 回复：18



softren

    
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发表于：2009-11-08 09:14:02
楼主

现有个需求实现有点难度，想请教下这里的高手，望不吝赐教！

 

采用直线电机，要求在0.05mm/s的速度下，具备极好的速度纹波特性（0.5%以下），不知这样的要求是否合理，能否满足，实测数据分辨率1um情况下，纹波只能控制在10%左右。

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刘岩利

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发表于：2009-11-08 11:45:05
1楼

这恐怕很大程度上要看您的速度采样效果了.如果50um/s的速度,1um的位置分辨率,20ms移动一个分辨率,这算不算连续运动,恐怕可以探讨了.

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波恩

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发表于：2009-11-08 19:42:06
2楼

50um/s的速度，要求0.5％以内的波动，也意味着速度控制能力要达到0.25um/s，要达到这样的控制能力，速度检测能力就不能低于此，1um的检测分辨率显然无法胜任这等速度检测能力，就算是1nm的分辨率，速度采样间隔也不得高于4ms，此时直线电机的速度环阶跃响应时间必须远高于4ms，故不适用于机电时间常数较小的直线电机系统。

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softren

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发表于：2009-11-09 08:59:10
3楼

多谢二位指教，实际上也发生了刘工提到的现象，观察位移—时间曲线，曲线已经是阶梯状的了，我初以为是控制器采样频率太低插补的效果，查手册其速度环最高可达3K的采样频率。进而，利用位移-时间曲线计算出其平均速度也不能达到设定速度，因此在此条件下的运动是非连续的，这一结论应该是肯定的。

 

请教下，控制器发出指令时，其最小的指令单位与分辨率有何关系？是否有办法将其运动改善为连续的运动？

 

所用电机为U型，电气时间常数0.33ms，机械时间常数2.1ms，个人浅见应该是响应时间越小响应性越好，为什么波恩提出不能用时间常数小的电机呢？

 

多谢。

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刘岩利

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发表于：2009-11-09 17:12:52
4楼

控制器发出指令时，其最小的指令单位与分辨率有何关系？
理论上,最小指令单位当然就是1个分辨率.

是否有办法将其运动改善为连续的运动？

到什么程度算是"连续",这个问题很玄妙啊.分辨率能提高到多少?

 

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波恩

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发表于：2009-11-09 20:42:01
5楼

提高采样频率只能降低速度检测分辨。

从指令的角度看，如果想让运动连续，就必须提高指令分辨率，也就是俗称的指令脉冲当量，如果每个闭环周期指令都会更新，运动自然就是连续的。

电机的时间常数特性，数值越小，快速响应的潜力肯定越大，但是当调节时间与时间常数相当时，就意味着本应实现的闭环调节已然近乎开环了，放在速度环，则必然导致非预期的速度脉动。因此时间常数越小的被控对象，控制周期就必须越快，控制周期快了，又想维持足够的速度检测分辨率，则位置反馈分辨率就必须相应提高。

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softren

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发表于：2009-11-10 16:43:19
6楼

到什么程度算是"连续",这个问题很玄妙啊.分辨率能提高到多少?

这个平台已经做好，不好再改变分辨率了。

 

查手册速度环、位置环采样频率为3K（333us），电流环采样频率15K（66.7us），是否意味着每333us采样一次位置，然后计算出速度？

到底如何确定闭环指令周期呢？ 此例中，闭环指令周期是20ms（行走1um的时间），还是3K（速度环的采样频率），或者是电流环采样频率15K？

这几个概念有些模糊，多谢赐教。

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刘岩利

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发表于：2009-11-10 20:01:21
7楼

如果分辨率不能提高，个人认为，追求速度稳定是不现实的要求。我们不妨假设，由于人品爆发，太阳黑子爆发等等神奇的原因，您的电机真的以 50um/s 的绝对稳定的速度在运动，以您现有的结构，您检测到的速度波动会是多大？建议考察一下，要求速度稳定的目的是什么，看看有没有可能饶过“速度稳定”的要求。

至于如何确定闭换环指令周期，如果您说的是位置闭环，肯定不是15K，应该是3K，或是1.5K、1K这样的数据，总之最小是与速度环一致，可以是速度唤的几倍，但与20ms不回有什么直接关系。具体数字，建议您查产品手册。

 

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波恩

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发表于：2009-11-10 20:38:08
8楼

个人理解，速度连续与否的研判，至少需要在与系统的机械时间常数相当的时间尺度上去做才有意义，高于这个尺度去衡量的，系统已然或几近开环，速度波动在所难免。

 

线位移编码器的物理刻线典型值为50线/mm，也就是20um的栅距，商品级的精密直线编码器的光学栅距还可更高，印象中海德汉有1um栅距的尺子，而且海德汉可提供高达2的12次方，乃至2的14次方的商用电子细分技术，真若如此细分，20um栅距的名义分辨率就可以达到5nm或1.22nm，1um栅距的则可以达到0.25nm或者0.06nm的名义分辨率。

 

速度环采样频率3K，自然是333us采样计算一次速度，如果反馈分辨率是1um，则速度解析能力就不难计算了：1um/333us=3mm/s，就算在算法上采用滤波、平滑等手段，由于系统的机械时间常数只有2.1ms，所以有效的平滑延展时间也不会高于这个尺度了，因此想获得0.05mm/s的平滑运行恐怕存在先天的不足。除非加大惯性质量，牺牲快速性，以便在一定程度上延展低速稳定性。

 

至于20ms走1um的指令周期，则是上位指令端一厢情愿了，其实快速性足够高的下位执行器在20ms之内再就成了“步进”状态了。

 

建议：如果执行系统无法改变了，则可以考虑改变上位指令的分辨率和刷新率，让上位指令刷新率远小于执行系统的机械时间常数并接近或快于执行系统的速度或位置环采样率，指令分辨率则应根据指令刷新周期和最低目标速度折算，但不应低于执行系统的反馈分辨率。

 

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老鼠杰利

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发表于：2009-11-12 11:45:40
9楼
动态的速度精度其实是很难提高的。目前我们调试过的Kollmorgen、Parker和Aerotech直线电机，分辨率相同、负载相同的情况下结果都不一样。Aerotech的效果最好，速度在1mm/s的时候可以做到0.1%，另外两个大概在0.5%和0.4%；其它速度没有测试，分辨率是统一的20nm。按照你这个应用，首先要把分辨率选的尽可能低，最好用在5nm左右；然后就是看电机的性能了，西门子的好像是Etel提供的，这个点击还是很不错的。
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直线电机平台

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发表于：2009-11-20 08:37:54
10楼
0.05mm/s的速度直线电机目前肯定做不到. 目前实际应用的最好的到10mm/分..你真的要这么慢就不要用直线电机了.用液压的和丝杆的比较好.  这是他们相比直线电机的长处.  没有爬行现象.有问题可以联系我 我以前专门测试过 15200939108
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ts12345

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11楼
谁有直线电机的资料手册啊
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uprem

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发表于：2009-11-21 09:17:51
12楼

to  直线电机平台

这老兄就别误导人了吧，直线电机的高速特性和低速特性都是其相对于丝杆系统的优势，直线电机能够实现到1um/s甚至更低，楼上讨论的是低速度下的纹波特性。液压的我没测试不了解，但丝杠系统的低速性能完全不能与直线电机平台相比。

 

to ts12345

http://www.uprem.cn有你要的资料，可以看看。

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波恩

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发表于：2009-11-21 21:54:07
13楼

楼上批评的那位可能来自贵公司在长沙的竞争对手，做音圈电机和非圆车削系统倒是有些历史的。

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当时明月

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发表于：2010-01-05 14:37:34
14楼

这个感觉电机的性能影响还是很大的

kollmogen的无铁心电机，传说零齿槽，零吸力，可提供最低1um/s的平稳速度

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larry7510

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发表于：2010-01-05 16:17:20
15楼

波恩倒是对长沙做直线电机的 比较了解,低速你认为直线电机和丝杆比较哪个好?我认为是丝杆.

直线电机响应太快.低速纹波大的很. 

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老鼠杰利

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发表于：2010-01-07 13:49:34
16楼
没具体调试过直线电机和丝杠平台的哥们就别在这讲了，至少两个你都用过再过来讨论吧。
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波恩

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发表于：2010-01-09 11:44:17
17楼

其实未必有多深的了解！只知道过去是做音圈电机非圆切削起家的，“十一五”直线电机的重大专项参与了竞标，网站上也相应的做了配合宣传，音圈应用的实力在国内应该不弱，高推力长行程直线电机的无法评价。

 

如果非要比直线电机和丝杠的低速能力，个人目前还是看好丝杠。

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刘岩利

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发表于：2010-01-10 08:59:12
18楼

“比较了解,低速你认为直线电机和丝杆比较哪个好?我认为是丝杆.直线电机响应太快.低速纹波大的很”
“如果非要比直线电机和丝杠的低速能力，个人目前还是看好丝杠。 ”

如果电机的原理相同，肯定是丝杠好，就一般常见的丝杠的导程规格以及电机内的电极数，肯定比直线电机分辨率高得多。而且丝杠还很同意配减速机来进一步提高分辨率。

 

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