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伺服系统选型和选择入门: 理解系统解决方案的需求
来源: | 作者:中海德 | 发布时间: 2020-08-19 | 2014 次浏览 | 分享到:

  选择过程

  在确定所需要的电机/驱动器系统构成时,前期选型工作的很大一部分来自机械和环境。现在,当用户选择最终产品时,必须考虑该系统所包含的其余系统组件。机械和环境将会继续影响对于反馈元件、布线以及最终选择的控制架构。

  反馈考虑和伺服电机特性

  根据定义,伺服系统具有在运行过程中测量速度、位置和其他系统参数的反馈装置。制造商可能只有有限的选择,但是应仔细考虑具体的应用参数,包括冲击负载和定位精度以及可重复性,这至关重要。旋转变压器往往在严苛环境下具有出色的性能,特别是对于较高的冲击负荷。旋转变压器是旋转的变压器,包括定子和转子部分围绕内核的缠绕线圈。相对于可能含有玻璃盘元件的编码器,这种结构允许以更高的温度运行,并且对于高冲击负载具有更高的耐受性。

  正弦编码器可以提供高分辨率,高达24位以及更高,以获得最佳定位精度。一些混合编码器可以通过更好的分辨能力来提供旋转变压器的稳健性。这些智能编码器基于具有电子元件的旋转变压器,可以解读正弦和余弦信号,并将它们转换成高分辨率的数字信号,该信号将被传递给伺服驱动器,以便用于速度和位置反馈。

  目前,最新的编码器提供各种通信协议(EnDAT,BiSS和DSL),并提供高分辨率和低噪声能力,以帮助实现向伺服驱动器和控制器提供最佳反馈信号。

  另外一个取决于应用要求的反馈选择就是需要绝对位置反馈还是增量反馈。在旋转系统中,一旦使用单圈设备完成360度旋转,就可以从0开始计数。而多圈绝对编码器可以让系统知道它的位置,不仅是电机在360度旋转中的位置,而且知道在每个方向上它所完成的圈数。因此,它知道自己的精确位置。知道这一点和工具及其他轴的位置非常重要。另一方面,简单的增量编码器可以确定在一个单圈旋转中的位置,但是只有在上电周期中找到零点之后。因此,用户将不知道完成了多少个周期,甚至是在上电时在360度旋转中的绝对位置。

  除了伺服电机和伺服驱动器本身之外,实际上二者之间的接线也很重要。电缆柔韧性(通过其允许弯曲半径加以定义)是一个主要考虑因素,特别是当电缆与轴一起运动时。

  电缆长度可能受所考虑编码器类型的限制。阻抗,压降等电缆参数,结合编码器的信号强度是长度考虑方面的关键要素。市场上提供的一些较新的设备以非常高的传输速率向驱动器(比如DSL,EnDat和BiSS)传输串行信息,这些信息将会受到长度的影响,特别是阻抗和信噪比。甚至连接器也在“反馈”循环中起作用,因为连接器需要处理从这些设备生成的各种信号。与电机功率相关的另外一个电缆长度要素与当今PWM驱动器中涉及的高开关频率相关。电机电源线中存在噪声,当电缆变长并接近电缆上频率波长的一半时,将会形成一个天线。天线会发送或接收信息(在这种情况下产生噪声),这是不应该出现在高性能系统中的。

  最后一个参数:运动控制和网络——集中式与分散式

  最后一个考虑因素可能会造成整体设计过程重复(以及改变设计的其他指定组件)的一项考虑就是系统架构。工程师必须要问:我应当专注于一种带有驱动器、控制器和支持电子器件,并封装在一个集中机柜内的集中控制系统,还是将驱动器在机器上加以分散(一种分布式系统方法)才更加有利,性价比更高?具有多个轴(这些轴可能分散在机器各个位置)的机器,将是分布式解决方案的理想候选者。这种方法可以大幅减少电缆需求,节省长电缆的布线以及与这些电缆配套的电缆槽和支架相关的成本。此外,将驱动器移出机器可以减小容纳控制和支持电子组件所需机柜的尺寸,从而再次降低成本,并降低机柜内的冷却要求。另一方面,紧凑型并具有较少轴数的机器将不会受益于传统集中式方法。

  结论

  在针对应用选型伺服系统时必须考虑许多事情,在本文中已经介绍了其中的许多要素。影响组件选择的另一个选择就控制系统。控制类型通常在机器设计讨论的早期阶段就已经指定,并取决于多种因素,同时控制选择通常锁定现场总线通信标准的选择。



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