伺服响应的极限频率公式 点击:4823 | 回复:15



wooly

    
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发表于:2012-01-04 22:26:39
楼主

就快毕业了,贡献点伺服知识吧

     对于一个运动控制系统,电机和负载的惯量和为J,电机输出额定力矩为Te,电机运行的力矩波动为△,位置反馈的精度为△theta(弧度,则伺服驱动器的极限响应频率wc(角频率是:

     

             wc=(   △Te / (J*△theta)  )^0.5
   对应的频率要f=wc/2π。公式的推导是根据控制理论得来的,具体就不详细了,伺服系统的延时相对带宽频率是可以忽略的,下面以台达电机为例。
   台达ECMA E11310电机,额定力矩4.77NM惯量8.41E-4。如果采用2500编码器。力矩波动1%
得wc为300rad/s,对应的频率为47.8Hz,
     如果允许力矩波动为10%,或编码器精度提高到10倍,则为151Hz,
     如果采用观测器等方法,可以提高对指令响应的带宽,但对干扰的带宽仍是上式。
 
     因此想提高带宽,高精度编码器、低惯量、大力矩密度电机等硬性条件是必须先要解决的,接着是用先进的智能算法把驱动器的性能提高这个极限频率上。
(国内厂家吹的200Hz以上的响应都是假的)


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vesgine

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发表于:2012-01-05 09:19:59
1楼
指的是速度响应频率还是位置响应频率?

当时明月

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发表于:2012-01-05 13:50:10
2楼

个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~

从控制理论的角度,先说两点个人理解:

1> 讨论到响应频率的层面,伺服系统的延时绝对不可忽略,这是决定带宽频率的主要因素

2> 速度环指令响应频率与惯量大小无关,干扰响应频率需分段来理解,高频部分才受限于惯量因素

 

wooly

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发表于:2012-01-06 11:16:29
3楼
回复内容:
对:vesgine关于指的是速度响应频率还是位置响应频率? 内容的回复:

速度和位置都来自于位置的反馈,理想极限频带都一样

wooly

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发表于:2012-01-06 11:29:24
4楼

回复内容:
对:当时明月关于个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~从控制理论的角度,先说两点个人理解:1> 讨论到响应频率的层面,伺服系统的延时绝对不可忽略,这是决定带宽频率的主要因素2> 速度环指令响应频率与惯量大小无关,干扰响应频率需分段来理解,高频部分才受限于惯量因素 内容的回复:


系统的延时来自于力矩环和位置反馈的延时,等级在1ms内,相对速度带宽是可以忽略的,实验的5.5KW平台的电流环12K,5个周期就稳定了,相比速度带宽几百hz足够了,光电编码器那只会更小的延时。惯量对系统的带宽影响很大,不然日欧美系都要识别惯量。

   这是一个正确的理论值,公式的量纲一致,并且这个公式是极限值,就像低通滤波器,实际上永远达不到理想低通,而只能通过一阶、二阶来等效。

   如果驳倒这个公式,最有利的方法是在所规定的条件下,能否把带宽调到这个频率之上,实际上这个工作会让你崩溃的,以PI控制为例,其极限是该公式的根号3分之一,PDFF的极限是根号2分之一。

vesgine

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发表于:2012-01-06 17:00:51
5楼
回复内容:
对:当时明月关于 个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~从控制理论的角度,先说两点个人理解:1> 讨论到响应频率的层面,伺服系统的延时绝对不可忽略,这是决定带宽频率的主要因素2> 速度环指令响应频率与惯量大小无关,干扰响应频率需分段来理解,高频部分才受限于惯量因素  内容的回复:

速度环指令响应频率与惯量大小无关?

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发表于:2012-01-06 20:10:32
6楼

回复内容:
对:wooly关于回复内容:对:当时明月关于个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~从控制理论的角度,先说两点个人理解:1> 讨论到响应频率的层面,伺服系统的延时绝对不可忽略,这是决定带宽频率的主要因素2> 速度环指令响应频率与惯量大小无关,干扰响应频率需分段来理解,高频部分才受限于惯量因素 内容的回复:系统的延时来自于力矩环和位置反馈的延时,等级在1ms内,相对速度带宽是可以忽略的,实验的5.5KW平台的电流环12K,5个周期就稳定了,相比速度带宽几百hz足够了,光电编码器那只会更小的延时。惯量对系统的带宽影响很大,不然日欧美系都要识别惯量。   这是一个正确的理论值,公式的量纲一致,并且这个公式是极限值,就像低通滤波器,实际上永远达不到理想低通,而只能通过一阶、二阶来等效。   如果驳倒这个公式,最有利的方法是在所规定的条件下,能否把带宽调到这个频率之上,实际上这个工作会让你崩溃的,以PI控制为例,其极限是该公式的根号3分之一,PDFF的极限是根号2分之一。内容的回复:


楼主的公式从哪得来的?

 

只提一点:

像你帖子中描述的那样,

对于一个运动控制系统,电机和负载的惯量和为J,电机输出额定力矩为Te,电机运行的力矩波动为△,位置反馈的精度为△theta(弧度,则伺服驱动器的极限响应频率wc(角频率是:

     

             wc=(   △Te / (J*△theta)  )^0.5
 
用不同的控制周期, 例如4K和10K, 带宽一样吗?
 
系统的延时来自于力矩环和位置反馈的延时,等级在1ms内,相对速度带宽是可以忽略的,实验的5.5KW平台的电流环12K,5个周期就稳定了,相比速度带宽几百hz足够了
 
电流环12K, 5个周期就稳定了, 那你又没有见过电流环频率比你的低很多但是2个周期就稳定的?
 


 

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发表于:2012-01-06 20:18:13
7楼

高校里的东西跟实际的产品差距很大,有时间你测个麦信的伺服驱动器:

将电机堵转, 分别设置不同的最大转矩限制,用示波器电流钳测一下电流的上升波形。

当时明月

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发表于:2012-01-07 07:46:50
8楼
回复内容:
对:vesgine关于回复内容:对:当时明月关于 个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~从控制理论的角度,先说两点个人理解:1> 讨论到响应频率的层面,伺服系统的延时绝对不可忽略,这是决定带宽频率的主要因素2> 速度环指令响应频率与惯量大小无关,干扰响应频率需分段来理解,高频部分才受限于惯量因素  内容的回复:速度环指令响应频率与惯量大小无关? 内容的回复:

其实说到速度环指令响应特性与惯量大小有关,也不是绝对错误,只能说个人对术语理解各有不同~~若功率输出饱和,惯量大小的确影响指令响应特性~

wooly

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发表于:2012-01-09 17:44:56
9楼

这公式是理想情况下的极限公式呀,采样频率达不到、系统延时过大、摩擦力、力矩饱和什么的都不算理想,我推导这个公式的目的是极限就在那里,为了这个目标去不断奋斗和改善,但是这个极限永远达不到。其实稳定周期越少,噪音会越大。

不要测麦信吧,至少得台达,有监控软件的

回复内容:
对:征关于回复内容:对:wooly关于回复内容:对:当时明月关于个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~从

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发表于:2012-01-09 19:17:04
10楼

回复内容:
对:wooly关于这公式是理想情况下的极限公式呀,采样频率达不到、系统延时过大、摩擦力、力矩饱和什么的都不算理想,我推导这个公式的目的是极限就在那里,为了这个目标去不断奋斗和改善,但是这个极限永远达不到。其实稳定周期越少,噪音会越大。不要测麦信吧,至少得台达,有监控软件的回复内容:对:征关于回复内容:对:wooly关于回复内容:对:当时明月关于个人以为,这是太盲目绝对且不甚合理的结论~~~从内容的回复:


理想情况下, 这要看怎么理想了

举个极端的例子,同样的平台(按你主楼描述的那样), 1ms控制一次和1小时控制一次, 带宽肯定是不一样的。

反过来说, 即便你知道那个极限公式推导出的带宽, 却不知道这个带宽跟实际中的那些因素有关,不知道通过什么途径来改善,漫无目的的“改善”后不知道能达到什么指标,那这个公式又有什么意义呢?

 

台达的没接触过, 不好评论。

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发表于:2012-01-09 19:21:42
11楼
 台达ECMA E11310电机,额定力矩4.77NM惯量8.41E-4。如果采用2500编码器。力矩波动1%
得wc为300rad/s,对应的频率为47.8Hz,
 
这个结论似乎不妥, 台达的驱动器就做到这个指标, 怎么做市场?
 
日系的虽然标的有点虚高, 但安川的说明书中速度环带宽标的是450Hz。虽然我对安川的10K调制频率做到450Hz也持保留意见, 但是安川没有表45Hz。

vesgine

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发表于:2012-01-30 17:29:24
12楼

电机运行的力矩波动具体是指什么?它受哪些因素影响?

波恩

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发表于:2012-01-31 08:49:56
13楼

就控制而言,电机的力矩波动源于电流指令的波动,以及电流控制的纹波等;

就电机本身的特性而言,力矩波动源于电机的电磁结构,例如齿槽定位力矩,以及力矩系数的波动等。

carsonzyL

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14楼

前辈您好,我是刚刚入学机电工程的研一新生,对您提供的伺服电机知识非常感兴趣,但是一直没研究清楚这个公式的推导过程,所以恳请您把公式的推导过程分享给我可以吗?我的邮箱是carson_zyL@163.com。非常感谢您!

娟娟的ID

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15楼

"carsonzyL" 的回复,发表在14楼
        对内容: 【前辈您好,我是刚刚入学机电工程的研一新生,对您提供的伺服电机知识非常感兴趣,但是一直没研究清楚这个公式的推导过程,所以恳请您把公式的推导过程分享给我可以吗?我的邮箱是carson_zyL@163.co...】进行回复:

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同学您好,请问您最后推导出来了吗?可以发一份参考资料吗?我的邮箱是1915518780@qq.com。非常感谢您!


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