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[汇川H5U] 汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

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发表于 2023-1-2 21:04:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文以汇川H5U为例进行说明轴控的单位换算。

单位换算,也叫设置电子齿轮比,各个品牌PLC、定位单元、运动控制板卡等的轴控的单位换算,都是一样的原理。

H5U支持本地轴控(发脉冲)和EtherCAT轴控,轴控设置界面是一样的,如下图

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

在使用过程中,很多朋友对这两个参数都存在疑惑,是啥意思?要怎么设置?

Unit是什么意思?

unit是用户单位的意思,它就是一副马甲,可以当成是mm、um、角度等等机械单位。
比如电机直连丝杠,导程10mm,也就是说,电机转一圈,丝杠移动10mm,这里设置为10mm,那么这里的unit就等同于mm!

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解


而如果我们带的机构是旋转台,想用角度,比如电机转一圈,旋转台转360度,那么就可以设置为


汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

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这时候,unit就等同于度!

控制总线伺服的情况

以SV660N为例,对应的电机编码器分辨率为8388608,假设电机不带减速机,直连丝杠,丝杠导程是10mm。

那么参数设置如下:

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

有些朋友会问,我用脉冲伺服的时候,不是一般发10000脉冲伺服转一圈吗?
不应该这样设置吗:电机/编码器旋转一圈的脉冲数:10000指令脉冲?

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

这里的电机编码器分辨率是8388608,也就是说,要让伺服电机转一圈,需要发送8388608个脉冲。

如果是SV630N系列伺服,对应的电机是18位编码器,那电机编码器旋转一圈的脉冲数就应该设置为262144。

那脉冲伺服是什么情况?

控制脉冲伺服的情况

假设要控制一个脉冲伺服SV660P,10000个脉冲就转一圈,不带减速机,直连丝杠,丝杠导程是10mm。SV660P的编码器分辨率也是8388608。

那么,按照刚才总线伺服的说法,应该这样设置吗:电机/编码器旋转一圈的脉冲数:8388608指令脉冲?

错!

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

这里的电机编码器分辨率是8388608,也就是说,要让伺服电机转一圈,需要发送8388608个脉冲。

而H5U发送脉冲的能力(输出频率)是最高200kHz,什么概念?
就是1秒钟内最多发200000个脉冲。
要让电机转一圈,最快要发
(8388608/200000=)41.94304秒,
取42秒好了,最快42秒才能让伺服转上一圈,多慢的速度啊。

所以一般脉冲伺服,即便编码器分辨率很高,我们也会设置比如10000个脉冲让伺服电机转一圈,主要受限于控制器侧(PLC、脉冲定位模块、板卡等)发送脉冲的能力。

所以才会诞生电子齿轮比的概念。

10000个脉冲让伺服电机转一圈,H5U最多每秒发送200000个脉冲,可以让伺服转(200000/10000=)20圈,即20r/s,即1200rpm(每分钟1200转)。

实际上一般伺服的额定转速是3000rpm,这样的设置,最多只能让伺服达到1200rpm,远远不能发挥伺服电机的性能。

如果设2500个脉冲让伺服电机转一圈,H5U最多每秒发送200000个脉冲,可以让伺服转(200000/2500=)80圈,即80r/s,即4800rpm(每分钟4800转)。

这时就可以达到伺服电机的额定转速了,能够发挥伺服电机的性能。

言归正传!

那么,按照10000个脉冲让伺服电机转一圈,参数设置如下:

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

但是,这样设置是不够的。因为伺服编码器分辨率还是8388608!还是需要收到8388608个脉冲才能转一圈!

所以,伺服内部也有个电子齿轮比。

伺服驱动器那边需要设置如下:

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

这里的设置相当于伺服自己收到10000脉冲后,就自动转换成8388608个脉冲了;这样一来,伺服收到10000脉冲,就能转一圈了。

控制脉冲步进电机的情况

步进电机就比较简单了。

假设要控制一个步进电机,步进电机收到4000个脉冲就转一圈,不带减速机,直连丝杠,丝杠导程是10mm。

那么,参数设置如下:

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

单位换算设置与指令单位的关联

用户单位中,
位置单位为Unit,
速度单位为Unit/s,
加速度单位为Unit/s²。

本文例子中,丝杠导程10mm,工作台旋转一圈的移动量设为10unit,unit表示mm,所以
指令中:
位置单位为mm,
速度单位为mm/s,
加速度单位为mm/s²。

以绝对位置指令为例,此处:
位置赋值为100,表示100mm,
速度赋值50,表示50mm/s,
加速度赋值60,表示60mm/s²。
就是让丝杠以50mm/s的速度走到100mm的位置。

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

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关于加速度的设置

加速度的值,是设得越大,加速越快的。
这个跟三菱轴控差别较大,三菱都是设置加减速时间。

如何确定加速度的值?

比如,要让丝杠以50mm/s的速度移动1000mm,加速时间1s,减速时间2s,
加速度=速度/加速时间=50/1=50mm/s²
减速度=速度/加速时间=50/2=25mm/s²

每个脉冲的机械进给量

上面在说到控制总线伺服的时候,给了这个图,

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

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其实也不是不可以。要这么设的话,那就跟脉冲伺服一样,需要在伺服参数里设置电子齿轮比H0507、H0509使得伺服收到10000个脉冲就转一圈。

汇川H5U伺服轴控的单位换算详解

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但是没有这个必要。因为脉冲伺服受限于控制器发送脉冲的能力,才必须设置电子齿轮比,而总线伺服的指令发送是通过总线,没有这个限制。

这样设置之后,反而会降低定位的精度。

这里就涉及到一个概念:每个脉冲的机械进给量。

还是以此为例:23位编码器分辨率的伺服电机不带减速机,直连丝杠,丝杠导程是10mm。

如果不设置伺服电子齿轮比,则发送8388608个脉冲,电机转一圈,机械进给量是10mm。那么每个脉冲对应的机械进给量是:
10mm / 8388608 ≈ 0.0012 μm。

如果设置电子齿轮比使得发送10000个脉冲电机转一圈,那么每个脉冲对应的机械进给量是:
10mm / 10000 = 1 μm

这里,每个脉冲的机械进给量仅仅是电气侧精度,当我们在衡量机械综合精度的时候,一般需要满足:
电气侧精度  ≤ 机械综合精度 × (1/5 ~1/10)

所以,每个脉冲的机械进给量为  1 μm,则机械综合精度最高能达到  5~10 μm (前提是机械侧的精度能达到这个水平)。

当然了,很少有机构的精度能达到微米级别,所以,很多情况下,设置电子齿轮比对定位精度的影响可以忽略不计。

脉冲伺服轴控的速度和定位精度

上面已经说到,之所以要设置电子齿轮比,就是受限于控制发送脉冲的最高频率;而电子齿轮比的设置又会影响到定位精度,所以我们总结一下:

输出频率最高200kHz的控制器,

10000个脉冲让伺服电机转一圈,最快可以让伺服转
200000/10000= 20圈,
即20r/s,即1200rpm,
此时每个脉冲对应的机械进给量是:
10mm / 10000 = 1 μm

2500个脉冲让伺服电机转一圈,最快可以让伺服转
200000/2500= 80圈,
即20r/s,即4800rpm,
此时每个脉冲对应的机械进给量是:
10mm / 2500 = 4 μm

调速范围的提高,会降低电气侧的定位精度。
所以,如果对定位精度和速度都有要求,一般会采用输出频率最高4MHz的控制器,差分高速输出脉冲。

补充说明:

1、这里勾选与否,只是进制不同而已。

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