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1.3.1 脉冲当量

伺服定位控制系统用于加工控制时,加工的精度是一个非常重要的控制指标。例如,在工作台直线位移时,其移动距离的精度范围与加工精度息息相关。精度范围越小,则加工精度越高。对这种精度范围的衡量用分辨率来表示。如前所述,在用PLC作为控制器的伺服定位控制系统中是采用输出脉冲来进行控制的,输出脉冲的频率控制电动机的转速,而输出脉冲的数目控制位置移动的距离。这种情况下,定位控制的分辨率是用脉冲当量来表示的。

什么是脉冲当量?脉冲当量的定义是当控制器输出一个定位控制脉冲时所产生的定位控制移动的位移。对直线运动来说是指移动的距离,对圆周运动来说是指其转动的角度。脉冲当量的单位一般采用μm/pls或deg/pls。脉冲当量越小,定位控制的分辨率越高,加工精度也越高。那么,一个伺服控制系统的脉冲当量是如何计算的呢?下面通过实例加以说明。

【例1-1】 如图1-23所示,控制器PLC输出脉冲数为P,丝杠螺距为D,编码器分辨率为P m ,试求该伺服系统的脉冲当量δ。

设工作台行程为d,丝杠在输入脉冲数P时转动N S 圈,则有d=D·N S 。设电动机圈数为N,即N=N S ,而电动机圈数为N=P/P m

将上式分别代入,有:

当电动机接收脉冲数P 0 等于PLC所发出脉冲数P时,伺服系统的脉冲当量δ=D/P m ,与PLC所输出的脉冲数P无关。

【例1-2】 如图1-24所示,这也是一种常见的伺服结构,机械减速器的减速比为K:1。当电动机转K圈时,丝杠才转1圈。

图1-23 例1-1图

图1-24 例1-2图

设丝杠圈数为N S ,则电动机圈数为KN S 。同样:

结论类似于【例1-1】,在电动机接收脉冲数P 0 等于PLC所发出脉冲数P时,伺服系统的脉冲当量δ=D/(P m ·K)。与PLC所输出的脉冲数P无关,但与减速比K有关,K的变化会影响脉冲当量δ的大小。这一点对电子齿轮比的理解会有很大启发。

【例1-3】 如图1-25所示为以控制圆盘转动的伺服定位系统,这时其所位移的是转动角度,脉冲当量为PLC每发出一个脉冲圆盘所转动的角度值。

假设PLC发出P个脉冲,圆盘转了X度,则有:

结论相同,系统的脉冲当量仅与 P m 和减速比 K 有关,在直线位移时,脉冲当量的单位为µm/pls,在圆周运动时,把1°写成1deg,那么脉冲当量为deg/pls。

【例1-4】 图1-26所示为驱动轮驱动输送带或线材前进的伺服定位系统。这时,其位移为输送带或线材移动的距离。

图1-25 例1-3图

图1-26 例1-4图

由图可知,电动机转动一圈时,位移d与驱动轮的周长有关。设驱动轮直径为D,则其周长为πD。因此,当PLC发出的脉冲数P等于电动机一圈脉冲数时,驱动轮正好转动一圈。则有:

【例1-5】 如图1-27所示为齿条齿轮传动机构,设齿轮的模数为m,齿数为Z,这时齿条的位移d与齿轮的分度圆有关。根据机械常识知,齿轮的分度圆直径为mZ,则其分度圆周长为πmZ。假设PLC输出的脉冲数等于电动机一圈脉冲数,则有

图1-27 例1-5图

上面5个例子说明,伺服系统的脉冲当量仅与系统本身的参数(螺距D、驱动轮直径D、模数m、齿数Z、减速比K和编码器分辨率P m )有关,与伺服电动机所接收到的脉冲数无关,如果伺服电动机所接收到的脉冲数P 0 等于PLC所输出的脉冲数P,则脉冲当量δ与PLC的输出脉冲数P无关。这种仅与伺服系统的结构和组成参数有关的脉冲当量称为系统的固有脉冲当量δ 0

上面所介绍的是伺服电动机的固有脉冲当量计算,关于步进电动机的固有脉冲当量计算在第4章中讲解。 FueUImYIoUoq4vka1VPLjqqUMhuGOW4iKWH6+esS39c93J6izQhi+X3zZJ0XcK5C

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