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请教前辈们关于伺服驱动器速度环的问题 点击:1665 | 回复:33



小强

    
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发表于:2010-07-09 16:55:29
楼主

偶们几个学生娃做这个驱动器项目,磕磕碰碰也算能让电机转起了。

 

有几个问题没搞很清楚:

 

1、速度环的带宽。我的理解是速度给定和反馈,执行一次回路的时间,而这个时间,主要是由速度检测的时间来决定的,因为相对来说传递和矢量变换的时间要远远小于这个时间。是不是这样的呢? 另外这个带宽可以用什么方法测量呢?想不明白,请前辈们不吝赐教。

 

2、速度检测的问题。很多资料上看到都是采用M/T法,采用数增量脉冲的形式。那绝对式编码器怎么弄呢? 恩,一般绝对式编码器也带有正弦的增量信号,是不是利用这个信号呢?有没有其他的方法。

 

波恩先生,刘版主,还有各位前辈们给小弟普及下常识吧,实在没办法,我们这边没人可问了啊。




波恩

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发表于:2010-07-17 08:27:50
21楼

能明确电机里装的编码器的型号吗?

 

另外,建议不上功率,静止情况下单独测试编码器反馈值的稳定性。

小强

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发表于:2010-07-17 09:41:27
22楼
回复内容:
对:波恩 关于...

是EQI1331 , 静止的时候以前是19位位置值低几位都在跳动,现在似乎不跳动了。我们一般用了其中高16位,是没问题的。静止时反馈是0,不跳动。

小强

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发表于:2010-07-17 10:32:13
23楼

今天做了角度对齐的问题,应该在-30°的地方,出来居然是-24.2°,难道这个编码器就是随便安上去的,登奇的电机也算挺有名的了,应该有个行业的标准吧?

 

另外再请问下波大师,一对PI值可能对于有些速度效果挺好,但调整到另一个速度后会出现震荡。会需要几组PI值的么?

波恩

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发表于:2010-07-17 13:23:50
24楼

果然是EQI13xx系列的编码器,以前跳,现在不跳? 如果用到16位,都不跳,也算不错了! 不过,既然19位已基本不跳,说明其信号质量比想象的要好,还是建议用足19位,这样一来可以将速度的动态检测分辨率细化8倍,几乎一个数量级了,蛮可观的!

 

至于电角度对齐的问题,建议参考本人的帖子:《伺服电机转子反馈的检测相位与转子磁极相位的对齐方式[原创]》http://www.gongkong.com/webpage/forum/200810/2008100512121600001-1.shtml 中有关绝对式编码器的相位对齐部分。

其实对于绝对式编码器而言,完全可以随意安装后,再施加特定的转子定向电流,记录定向后读取的单圈绝对位置,根据目标定向角度,计算出相位偏差,并写入编码器的指定寄存器中,以后每次上电读取该寄存器中记录的相位偏差,用于电角度解算。这样一来,就可以免除慢工出细活的相位对齐操作,节省一个工艺步骤,节约一份工时成本。这也恰恰是对绝对编码器的应用优势之一。

至于楼主提及的电机厂家的对齐质量,个人无法评价,最好咨询厂家,问问理论是对齐到多少度的?对齐偏差范围的出厂检验标准是多大?本人手拙,大致也能对到机械角度1°左右,电角度会按极对数倍增,4对极x4,电角度(30°-24.2°)/4=1.45°机械角度,如果是手工装调的话,偏差不算太大。如果是3对极,对应的机械角度就是1.93°,似乎也不算太离谱。

不过,机械角1.45°合19位分辨率的2112个角度当量,1.93°合19位分辨率的2816角度当量,如果采用随意安装,记录定向偏差的方法,原则上就可以准确到19位分辨率的±1个角度当量,由此可见对于单圈绝对式编码器而言,人工装调与随意安装之间相差的不仅仅是工艺复杂度和工时成本,装调精度的差异也是非常显著!

 

另,波恩并非大师,只是业内工程师,只不过从事伺服这个行当,与之相关的东西关注的多一些罢了。

波恩

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发表于:2010-07-17 13:29:32
25楼
PI参数的适应性问题是一个一言难尽的话题,楼主在开篇声称是几个学生娃,不知是在学校,还是初出茅庐,如果是前者,建议充分利用教育网内的文献资源,以及或许还不至于太误人子弟的教师资源。

小强

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发表于:2010-07-17 15:11:16
26楼

恩,我们就是完全按照您的那个帖子来调的!思路也完全一样。那篇帖子非常经典,受益很多次。感谢!!

对于电机的安装确实不了解,见笑了。

我们是在校学生为导师做项目,,,,,,#¥@¥@#..............................

EQI 13xx 的编码器是前面您说的那种感应式原理的?性能上不及光电式的?对电机不了解,当时看海德汉的资料也没看出端倪.

波恩

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发表于:2010-07-17 16:49:56
27楼

海德汉的编码器同样是14位细分倍率,光电式的一圈2048个物理分割,感应式的一圈32个物理分割,哪个更容易做得精准?有兴趣不妨看看海德汉的“伺服用编码器”手册,对比一下它们的精度。

 

在校读本科,还是研究生?

小强

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发表于:2010-07-17 17:40:29
28楼

研究生,本科生做电子设计的比较多。

可否再请教个问题,我们怎样能确定截取编码器给的一帧数据中,表示单圈19位的数据是正确的呢?之前是因为,19位转换出来后0°时电机轴的“键”刚好朝正上方,转一圈也是从0°变化到360°的,就以为对了。。

但现在发现了问题:1、用您的方法,一种让电机转到-30°的,一种转到0°,位置值转化出来相差不是30°,而是十几度。2、登奇那边的答复是编码器0°是和电角度-30°对齐的,我们测的是编码器335.8°,对应的是电角度-30°。。。。两种逻辑都说不通,感觉是19位单圈值截取有问题..

波恩

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发表于:2010-07-17 20:25:34
29楼

海德汉网站的公开资料中有一篇讲EnDat的文档,从中有可能分析出大致的帧格式,有兴趣的话,可以配合深存储示波器研读反馈数据,对比FPGA给出的数据,个人以为FPGA用到的原厂IP给出的反馈数据应该不至于有错。

从上面的描述看,建议再次明确机械一圈和编码器回馈的单圈数据循环是否一致。

另,由于EQI 13xx 是多圈绝对式编码器,其12位多圈数据和19位单圈数据由FPGA给出时,是分开的2个数据,还是连在一起的一个31位数据?

针对上面的问题1猜测:有没有可能是16位截取时,计算出来的角度值比实际值小了1半? 所以才会30°对十几度;

针对上面的问题2,-30°对应-24.2°(即335.8°),按照本人在“2010-07-17 13:23:50 25楼”的分析,可能还在手工对齐的不准确度控制范围之内。

这两个现象放在一起确实有矛盾之处,建议再仔细核实一下。

xiaoqiang

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发表于:2010-07-18 17:10:16
30楼

我现在应该想清楚第一个问题了。原先没有理解好电角度的概念。电机固定在-30°,编码器读数335.8°,把它转换成电角度就是(3极对数)1007.4°即287.4°,相差+42.6°....固定在0°,编码器读数107.36°,*3  = 322° ,若加42.6°,正好在364.6°,忽略误差就是0°,322 - 287 = 35,也在30 左右。最后修正的时候,在编码器出来的读数上+42.6 / 3 = 14.2° 。。。是不是这样算的呢??

 

除了修正值偏大外,很符合逻辑。。但是这个数,电机在开环的时候转的效果并不好,会是上面计算的原因么?

波恩

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发表于:2010-07-18 20:27:31
31楼

原来前面提及的多少多少度都是机械角度! 若此,则“电角度”=“机械角度”×极对数。

为便于直观理解和分析,可以将单圈反馈折算为以“度”(°)为单位表示的机械角度,以及以“度”(°)为单位表示的电角度。但是,在矢量运算中,则无需如此,应尽可能以反馈当量或其整倍数为分度解算。

 

设绝对式编码器的反馈分辨率为N=2^n,可视其(N)为随着编码器的旋转逐圈一轮回的n位无符号整数。如果电角度的增加方向与编码器反馈的增加方向相同,比如都是面向电机轴,CCW方向旋转电机轴递增,CW方向旋转电机轴递减,且定向到-30°的反馈读数为K,则定向到0°的反馈读数应该是K+Δk,Δk是30°电角度所对应的以n位无符号整数表示的反馈量,理论上Δk=N/12p,p为电机的极对数。

由此可见,在电角度的增加方向与编码器反馈的增加方向相同的条件下,定向到-30°的反馈读数为比定向到相邻的0°的反馈读数小Δk,因此,以定向到-30°为相位初始化操作时,计算电角度所用的偏置值就是K+Δk,K是定向到-30°的反馈读数,Δk=N/12p,是30°电角度所对应的以n位无符号整数表示的反馈量,其中N=2^n,是n位绝对式编码器的单圈反馈分辨率,p是电机的极对数。

如果以定向到0°为相位初始化操作时,计算电角度所用的偏置值就是K,K就是定向到0°的反馈读数,此时无需定向到-30°时计算所需的Δk(=N/12p),似乎显得简单一些。

 

综上,建议验证定向到3个不同的相邻-30°和0°时,反馈读数差值与N/12p的符合程度。

xiaoqiang

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发表于:2010-07-18 22:55:45
32楼
那我们的计算应该是对了。您的这个总结太经典了,直接省去了很多转化的步骤。

再想请教一个问题,我们用修正后的角度值,在一定的母线电压下,应该能达到2000rpm的,但实际速度上不去,这个,有其他的什么原因不呢?

波恩

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发表于:2010-07-19 09:27:23
33楼

电角度不准确,会降低电机的实际出力能力,从而间接影响速度能力。

 

2000rpm是电机标称的额定转速吗? 如果是,则转速上不去的可能原因有:

1.受电机的实际出力能力的影响;

2.受到电机反电势和直流母线电压以及PWM逆变环节的电压利用率(与死区时间相关)的影响;

3.受到环路增益的影响,速度环增益,乃至电流环增益都会影响转速的静差水平,速度环积分增益对静差的影响最为显著,可以起到消除静差的作用。


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