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直线电机使用同样分辨率的磁栅和光栅,在控制效果上有什么区别? 点击:2158 | 回复:26



半夏微凉彡

    
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发表于:2020-01-02 22:49:53
楼主

光栅尺和磁栅尺都有1um的分辨率,但是这两个成本会差距比较大,如果使用同样分辨率的磁栅会比光栅便宜很多,那直线电机使用光栅尺和磁栅尺对于电机的控制效果有没有影响?



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半夏微凉彡

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发表于:2020-01-02 22:57:00
1楼

来个大神给我解惑一下,谢谢!

刘岩利

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发表于:2020-01-03 09:51:58
2楼

即使再同样分辨率的情况下,因为磁栅的精度通常远低于光栅的精度,所以用磁栅做反馈的控制,理论上会存在运行中噪音略大、电机电流略大、发热略大的,定位后整定时间略长的情况。但是这只是理论情况,如果直线电机和驱动器的品质不是很好,光栅的优势也不一定能体现出来,很可能看不出区别。


刘岩利

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发表于:2020-01-03 09:55:16
3楼

据说回帖中由违规词汇,但是提示出现的时间太短,老眼昏花的还没看清除。

image.png

@Q

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发表于:2020-01-03 13:24:43
4楼

回复常常发不出去,,

@Q

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5楼

并不是“同样的分辨率”了,因为原始信号的“分辨率”是不同的。

只能写这么多了,写多了就没法发出去,不知哪里违规了,😄

刘岩利

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发表于:2020-01-03 17:23:59
6楼


引用 @Q 的回复内容: 并不是“同样的分辨率”了,因为原始信号的“分辨率”是不...

-------------------------

所谓原始信号的分辨率,并不直接影响控制效果。对于控制器来说,接收到的信号是一个脉冲边沿对应1微米的位移,这与信号是怎么来的无关。


产生影响的,是信号的本身的精度和延迟,通常磁栅的精度远低于光栅(如果您用日本人的磁栅和国产的光栅比,那就当我没有说过)。而且,磁栅信号滞后,通常也是远大于光栅的,这个差异与磁栅的“原始信号分辨率”远大于光栅也有关系。可以算是“原始信号分辨率”的间接影响。


直线电机一般来说是三相的交流同步电机,电机的三相电流的角度相位必须与电机动子与定子之间的相对位置关系一致,电机的电流才有最大的效率。如果这个角度不一致,那么就会造成电机的效率下降,要有同样的推力,就必须有更大的电流,造成发热增加。


位置反馈信号的精度差,当然会造成驱动器对当前电机的位置判断不精确。反馈信号的延迟,也会造成电机运动中,驱动器对电机当前位置的判断出现误差。最终的结果就是电机的电流相位与实际位置不一致。


如果电机本身的制造精度或者安装精度就很差,动子的线圈位置有误差,定子的磁钢位置也没谱,当这个位置偏差远大于磁栅误差的时候,基本上换更高精度的反馈,意义也不大了,也就是说,再这个因素上体现不出磁栅与光栅的造成的差异。


如果电机的运行速度一直不高,驱动器的响应频率也不是很高,磁栅信号的延迟造成的动态位置误差也就没什么影响,那么在这个因素上也就体现不出磁栅与光栅的造成的差异。

@Q

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发表于:2020-01-03 18:32:08
7楼

回复刘版,这是一个编码器分辨率概念的历史遗留问题,在光编时代就留下了,比如1万线的光编,有经验的用户会追问是直刻的,还是经过细分的,在运动控制的效果中不一样效果。再比如海德汉的编码器,每圈分辨率13位的,它会标注512和2048两种,原始信号分辨率不同,在自动化行业用512,在运动控制用2048。

@Q

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发表于:2020-01-03 18:41:00
8楼

那么我追问海德汉有什么不同?在于信号源头到输出的电子处理(细分,算法,采样补偿等)会带来电子噪音误差和延迟。这个在静态测量时代是可以克服的,平均算法,匀速采样补偿等算法手段。但是在运动控制中是动态的,不是静态(包括匀速,匀加速)的,补偿算法带来了延迟。

于是,电子手段会带来噪音与延迟,究竟有多大,又取决于细分多少倍,怎么补偿的,所有回到了原始信号怎么样,从哪里起步的。

@Q

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发表于:2020-01-03 18:41:48
9楼

在运动控制中,分辨率就不仅仅是看输出,而是最好要了解前段原始信号的输入了。当然,在很多情况下是机械精度没有那么高,响应与执行没有那么快,也就看不出差别了。

纯属编码器角度的一个观点,欢迎讨论指正。

@Q

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发表于:2020-01-03 18:58:21
10楼

在运动控制中,电流环调节是对应动态的加加速度,反馈的误差噪音与延迟对时间的高阶导数后,符号(矢量)就是反向的,电流调节是振荡的,无功损耗,就是电机发烫了。我不是做伺服的,只是按编码器光栅尺误差延迟的后果的推算。

@Q

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发表于:2020-01-03 19:01:14
11楼

反而是如果机械精度不高,或者控制响应不高,吃掉了反应的敏感性,看不出差异了。

@Q

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发表于:2020-01-03 21:43:31
12楼

再说到磁编,磁编的充磁工艺与光编的光刻工艺相比,精度要差很多,NS的分界线是模糊的,远远不如玻璃光编刻线的边缘,比金属码盘光编刻线边缘也要差一档,磁场分布是一个非线性拟合的模拟量,需要AD电子转换到数字,再做数字补偿。所以,如果是磁编不仅仅存在电子处理带来的误差噪音和延迟问题,还存在其刻线边缘(因充磁工艺的问题NS分界线模糊)带来的问题。

刘岩利

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发表于:2020-01-05 12:33:31
13楼


引用 @Q 的回复内容: 再说到磁编,磁编的充磁工艺与光编的光刻工艺相比,精度要...

-------------------------

实际上,光栅检测到也不是那个清晰的刻线边沿。除非是很低线数的光电编码器,否则,没有人用传感器去直接检测微米级的刻线。

光栅(光电编码器)上的光电传感器实际检测到的是尺带(码盘)上的刻线与读头上的刻线形成的叠栅,或者叫摩尔条纹。这个条纹是周期可以到毫米量级的正弦波。

关于叠栅或者叫摩尔条纹的特性,我不确定大学物理中是不是有介绍,但是很多介绍光栅尺或者编码器的书——尤其是大学出版社出的书——上都会有介绍,作者其实也不一定真明白,但是抄这么一段显得比较高。(我是的大学上课本上社有这个内容的,但我的专业是光学相关的,似乎不能作为通例),真有兴趣的可以自己去学习(复习)一下。

所以,NS磁极之间的渐变过渡,不是影响磁栅与光栅精度的因素。光栅中实际检测到的光信号同样是模糊的。

刘岩利

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发表于:2020-01-05 12:51:22
14楼


引用 @Q 的回复内容: 那么我追问海德汉有什么不同?在于信号源头到输出的电子处...

-------------------------

电子细分技术,基本上高分辨率(微米以上)的光栅和几乎所有的磁栅都是经过信号细分处理实现的。这个处理的基本原理,就是把一个周期的原始正弦波信号,按照角度相位,分出多个数字信号周期。

输出信号的精度取决于原始信号(正弦波)的周期精度和波形的畸变大小,以及补偿波形畸变的算法效果。

信号的延迟,则被上面所有算法所消耗的时间影响。原则上细分的系数越高,延迟越大。实际上,可能具体到某一系列的产品,50细分和25细分没有差别,或者不同系列的产品,50细分的比10细分的还快也是有可能的。

@Q

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发表于:2020-01-05 17:37:07
15楼

传感器,信号调理,增益放大倍数,滤波,ADC,DSP算法补偿=似乎相同的分辨率。

但是,这是静态的,出厂状态的,不是动态的使用过程后一段使用时间后的,后部分有不确定性。光刻边缘与充磁NS边缘比较要好很多,对于得到“同样的1UM”分辨率的电子处理中所带来的不确定性要小很多。

我的权限不能写多,不然发不出去了

@Q

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发表于:2020-01-05 17:53:20
16楼

如果我是在做课题的,或者只是做销售时的一个好卖的参数,我可以把放大增益做足(在这里可以指细分倍数。噪音也跟着放大),然后滤波做足去除噪音(延迟),然后补偿修正做足(精度,重复精度,但是静态的,不是动态的也不管了),但是使用中会发生什么我就没法知道了,不确定性我不知道,这时对用户来说,原始信号的了解就有必要了。。

刘岩利

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发表于:2020-01-06 09:50:02
17楼


引用 @Q 的回复内容: 光刻边缘与充磁NS边缘比较要好很多

-------------------------

这个“好”,是完全没有意义的。没有人用传感器直接检测微米级的刻线。对于实际检测的光信号,边沿同样是渐变过渡的。这个过度同样是非线性的(是正弦的)。磁栅的原始信号是什么波形,这个我倒是没有真的仔细分析过。

有些东西您不方便讲,这个是可以理解的,但是在阉割了这些内容后,剩下的就似乎就不够自圆其说了。


引用 @Q 的回复内容: 如果我是在做课题的,或者只是做销售时的一个好卖的参数,...

-------------------------

确实目前没有一个类似“动态精度”的标准(我去年请教过北京计量院,真的没有)。也没有对于信号延迟的标准检测方式(计量院也没有这个检测项目),也没有见几家产品标这个参数。一般人能做的,对多也只能是对比两种产品之间的差异,谁比谁延迟大了多少。在没有这个直接参数做比较的情况下,用细分数也可以当作个参考。但是这个参考本身有多大价值呢?产假不会告诉您它使用的是什么芯片什么算法,不同厂家产品对比,不一定细分数大的延迟就大。单纯强调信号的原始周期,和卖手机的单纯强调摄像头有多少像素一样。

据说,某品牌的光栅尺分数显和数控两类,其间的区别,有些销售也不太清楚。个人猜测,应该是信号延迟,这个是数显和数控在应用需求上最重大区别了。

@Q

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发表于:2020-01-06 10:52:08
18楼

回复内容:

对:刘岩利 引用 @Q 的回复内容: 光刻边缘与充磁NS边缘比较要好很多-------------------------这个“好”,是完全没有意义的。没有人用传感器直接检测微米级的刻线。对于实际检测的光信号,边沿同样是渐变过渡的。这个过度同样是非线性的(是正弦的)。磁栅的原始信号是什么波形,这个我倒是没有真的仔细分析过。有些东西您不方便讲,这个是可以理解的,但是在阉割了这些内容后,剩下的就似乎就不够自圆其说了。引用 @Q 的回复内容: 如果我是在做课题的,或者只是做销售时的一个好卖的参数,...-------------------------确实目前没有一个类似“动态精度”的标准(我去年请教过北京计量院,真的没有)。也没有对于信号延迟的标准检测方式(计量院也没有这个检测项目),也没有见几家产品标这个参数。一般人能做的,对多也只能是对比两种产品之间的差异,谁比谁延迟大了多少。在没有这个直接参数做比较的情况下,用细分数也可以当作个参考。但是这个参考本身有多大价值呢?产假不会告诉您它使用的是什么芯片什么算法,不同厂家产品对比,不一定细分数大的延迟就大。单纯强调信号的原始周期,和卖手机的单纯强调摄像头有多少像素一样。据说,某品牌的光栅尺分数显和数控两类,其间的区别,有些销售也不太清楚。个人猜测,应该是信号延迟,这个是数显和数控在应用需求上最重大区别了。     内容的回复:

我们这里是讲测量长度的,那么光码盘的模糊宽度小于磁编NS的模糊宽度,这就是其“好”。其次是系统的误差分离与分析补偿,分离出不变系统误差与可变系统误差,离散性的随机误差,光码盘优于磁码盘,这也是“好”。可惜我不去做光码盘了,我们的基础条件不具备。

@Q

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发表于:2020-01-06 11:05:23
19楼

我回复一长就发不了,真受不了,删了算了不发了。

只要再多问一句,楼主要的“”控制效果”是什么?伺服的位置环、速度环、电流环,还是三个都要?如果是位置环,那应该是问精度与重复精度的,不是问分辨率的。如果是问速度环与电流环,又怎么可能与延迟无关呢?

sugar1809

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发表于:2020-01-06 13:10:53
20楼

到底哪个好用呢


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