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运动控制基础知识

时间:2018-6-14阅读:1346
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什么是运动控制?

 

运动控制是指“控制移动”之意。其代表可以举出利用各种电机进行位置控制等。电能附加给电机,使电机工作,转换为动能。这项技术作为机床、机械手控制、半导体制造装置、注塑成型机、数字家电检查装置等的核心,发挥着巨大的作用,在这一领域的设备投资近年来大幅增长。

 

输送机的旋转控制多轴机械手的轴控制

 

旋转平台定位控制

 

XY工作台定位控制

 

什么是运动控制接口板?

按照的脉冲个数和频率,输出脉冲序列的计算机接口板。可根据目的位置、速度、加减速率等动作参数,自动输出控制脉冲。还具备定位控制需要的各种限位输入功能。电机本体控制由电机驱动器进行。由运动控制接口板向电机驱动器输出脉冲信号,控制电机。连接脉冲输入型号的步进电机、伺服电机使用。

 

 

什么是电机驱动单元?

这是用于驱动步进电机和伺服电机的控制单元。通过向驱动单元进行控制信号的设置/取得,进行电机控制。

 

什么是步进电机?

这是可高精度定位的电机。与输入脉冲同步,呈阶梯状地一点点旋转一定角度。由于步进电机根据输入脉冲准确旋转,所以无需旋转量检测就能够高精度定位。一般的分辨率是:1步(1个脉冲)= 1.8°、 0.72°、0.36°等。

 特征             

可以开环高精度定位。

启动和停止的响应性*。

不累积停止时的角度误差(一般步进电机的误差为一般±0.05°,精度高)。

即使处于停止状态,也可获得较大的自保持力。

低速时可获得大转矩。

电机的结构简单,使维护工作变得简单。

 

 步进角         

向电机驱动器输入1个脉冲时步进电机转动的角度。一般精度分为:1步(1个脉冲)= 1.8°、 0.72°、0.36°等。用脉冲个数旋转量,用脉冲频率转速。

例如:步进角为0.72°时,使小车移动50mm所需要的脉冲个数是多少?

电机旋转90°所需要的脉冲个数:90 ÷ 0.72 = 125

脉冲电机旋转一周(360°)所需的脉冲个数:125×4=500个脉冲

假设旋转1周小车移动10mm,则50mm÷10mm=5周

需要的移动脉冲个数: 500个脉冲×5周 = 2500个脉冲

 

 转速            

步进电机的转速准确地与脉冲信号的速度成正比。转速和脉冲信号的速度关系可由下述公式求得。用脉冲个数旋转量,用脉冲频率转速。

电机转速(r/min) = 步进角(°)/360°×脉冲速度(频率: Hz) × 60

例如:求步进角= 0.72°、脉冲速度=1000Hz 时的电机速度

电机转速(r/min) = 0.72/360 × 1000 × 60 = 120(r/min)

 

 失步            

在步进电机运转中,出现急剧的速度变化(加减速)或超过负载时,电机不能与脉冲同步旋转,发生停止、错误的现象叫做“失步”。近年的步进电机已经采用了不会失步的机构。

 

什么是伺服电机?

伺服电机分为交流伺服电机和直流伺服电机。主要在制造工厂使用(机床、产业机械手等)。伺服电机具备检测转角的编码器,进行闭环高精度的定位。

 

 

 特征            

能够产生较大的加减速转矩,即使负荷或脉冲速度急剧变化,也不会产生失步现象,获得高速响应。

不仅可从低速到高速获得平稳而圆滑的旋转,运转中噪音也小,效果好。

以小型化、轻量化实现高输出功率。

 

什么是编码器输入?

公司的运动控制接口板产品配置了用于反馈控制的计数器功能。连接增量型(加法、减法动作)的编码器,能够实现高精度的反馈控制。反馈控制自身需要进行编程。输入回路支持2相(A相/B相)以及单相(UP/DOWN)。可使用支持差动输出、TTL电平输出、集电极开路输出的编码器。

 

 主要用途          

从伺服电机输出脉冲→管理/控制位置信息

步进电机的失步检测

 

脉冲输出信号/输出格式

 

 2脉冲方式(独立脉冲输出)

这是输出正方向用(CW)、负正方向用(CCW)2种独立脉冲信号,进行控制的方式。CW(Clock Wise)表示顺时针旋转(右旋),CCW(Counter Clock Wise)表示反时针方向(左旋)。

 

 公用脉冲方式(方向信号输出:OUT(脉冲输出)、 DIR(方向输出)

使用1个控制移动量和速度的脉冲信号、决定旋转方向的信号,进行控制。

 

 OUT(提前脉冲输出)、DIR(滞后脉冲输出)方式 

输出OUT(提前脉冲输出)信号和DIR(滞后脉冲输出)信号。当DIR与OUT相位相差+90°时,朝正方向(顺时针方向)动作(旋转)。当DIR与OUT相位相差-90°时,朝负方向(反时针方向)动作(旋转)。

 

 多轴同步、接口板间多轴同步 

运动控制接口板能够对多个轴之间的同时开始/停止进行同步控制。此外,连接的同步控制线缆,多可进行16块(128个轴)的同步控制。使用8轴接口板时,还可以4轴为单位分组。

 

 限位输入          

这是检测电机(小车)停止点、减速点、原点等的功能。能够实现高精度的定位控制。

 

+LIM / -LIM (方向限位): + 为顺时针方向,-为反时针方向

这是检测界限位置的输入信号。分别将+LIM和-LIM安装在正负界限位置,在电机的转向为CW(顺时针方向)时和CCW(反时针方向)时,防止电机超过界限位置旋转。小车一旦达到该位置,不管处于何种动作状态,电机立即停止。

之后,只要限位还在起作用,即使向同一方向再发出动作指示(命令),电机也不会超过限位位置动作。向反方向下达动作指令,电机才可以开始再次移动(旋转)。

 

+SD / -SD(方向减速): +为顺时针方向,-为反时针方向。

SD是检测电机高速旋转中(加减速动作时)开始减速的位置的限位输入。高速动作(移动)的小车在此位置开始减速,降到开始速度后停止。

 

ORG(原点限位)

这是检测各动作的基准——原点——的开关输入。可通过软件设置逻辑方向。根据设置,当有信号输入时停止。

 

PTP动作

PTP动作是指从某一地点向别的地方移动(Point To Point)的动作。用于简单的定位控制。我公司的运动控制接口板可在动作中的任何时刻,更改停止位置。右图表示在加速、恒速动作中,将新数据改为远离初的目标位置的情形。例如,从开始位置3,000个脉冲的位置,正在移动中,此时不必停止电机,就可以改为5,000个脉冲的位置。

 

JOG动作

JOG动作是不移动距离的移动动作。手动进行电机定位时使用。连续地使电机动作,直到输入±LIM信号或者发出停止命令。在动作过程中的任意时刻,均可以改变速度和加减速时间。

 

ORG动作

ORG(原点复位)动作是使电机移动到原点的动作。我公司的产品具有下述*的原点复位功能。当进行了原点复位的设置、动作类型为ORG以后,一旦动作开始,直到原点复位终了,驱动程序会自动地进行控制。

因此,原点复位动作的控制逻辑无需客户设计,从而简单地实现原点复位的动作。

 

可以原点复位的结束方向

原点限位传感器不一定是高精度的传感器。因此,从正方向检出限位和从负方向检出限位有时在位置上存在误差。为了解决这个问题,始终只从一个方向检出原点限位。

 

不需要NORG(Near原点)

当利用加减速移动进行原点复位时,为了保证用原点限位确实停止,需要在原点限位附件设置减速停止限位传感器,将其作为Near原点。利用一个原点限位开关,发挥Near原点的作用。

 

- END -

声明:

- 文章转载自网络,版权归原作者所有!

 

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