编码器精度、分辨率对伺服速度环的影响

发布日期:2022-09-03 浏览次数:83


  编码器的分辨率和精度对速度环有什么影响? 速度环的准确性和波动性与它有什么关系? 今天跟大家聊一聊速度环和编码器的关系。

 
  当回路系统中的编码器作为反馈环节时,控制系统的性能主要受以下影响:
 
  1、响应速度、精度和分辨率
 
  1. 响应速度:响应速度是最容易理解的。 慢响应编码器就像是与低通滤波器串联的理想传感器。 这会在整个闭环控制系统中产生相位滞后,影响整个系统的高频段。 稳定性。 在现在的大多数应用中,伺服电机的编码器反馈速度非常快,可以看作是一种理想的传感器。 但是,一些通信速度较低的串行通信编码器(SSI)不可避免地会在其通信方式上造成一定的延迟,从而导致速度环的带宽受到限制。
 
  2. 准确度:对于准确度的影响,我们首先需要定义速度准确度的概念。 准确度是实际值与设定值之间可重复平均偏差的量度。 速度精度的描述如图1所示,表示一段时间内设定值与实际值的总体偏差。 因此,所谓速度精度可以理解为调整值与规定给定值的绝对稳态误差。
 
  3. 稳定性:虽然精度涉及到很多调整目标,但在大多数情况下,我们更想要的是调整过程的“稳定性”。 这种稳定性可以理解为速度的“波动性”。 速度波动的定义是:波动是实际值的一种不受欢迎的特性,它叠加在平均速度上。
 
对于采用西门子SINAMICS S120系列变频器和伺服电机的伺服控制系统,在实验室环境下,电机在额定转速和额定转矩下工作时,转速精度可达额定转速的0.001%,如下图所示 桌子。
 
  例:用S120驱动1FK7032-2AK71-1QA0伺服电机,电机额定转速6000转,电机编码器为20位绝对值单圈。
 
  我们记录3s的时间间隔,不考虑误差因素,电机要加上3*220=3145728个增量脉冲信号。 但实际上电机旋转了3145731个增量脉冲,误差值为3个增量脉冲,换算成60的速度(3/3145728)*60=60.00005722RPM,那么它的精度是:(60RPM-60.000057 RPM)/  6000RPM=-0.000001%<0.001%,图3的精度值很理想,但是速度波动的表现很差。
 
  2、速度波动受以下因素影响
 
  (1)编码器分辨率和速度环周期的限制(分辨率越低,周期时间越长,速度波动越大)。
 
  (2) 编码器安装不良会导致编码器反馈低频周期性波动。
 
  (3)伺服电机的齿槽转矩波动也会引起速度环下的低频周期性波动。
 
三、结论
 
(1)    在实际应用中,受编码器有限的分辨率、安装和伺服电机制造等因素而导致的速度周期波动的影响要比单纯的速度精度更加重要,需要工程师在使用中考虑以上因素。
 
(2)    对于降低速度的波动性可以采用的手段有,选择高分辨率的编码器、缩短速度环周期、提高编码器安装的精度以及使用我们伺服系统中提供的齿槽转矩补偿功能等降低速度环波动性的影响,避免机械设备在高动态应用下出现振动和噪声。