Schneider 伺服電機 BSH1002P31F2A

Schneider 伺服電機 BSH1002P31F2A

編碼器的ABZ相

A相、B相、Z相旋轉輸出脈沖電壓，三相脈沖各自獨立，A相和B相脈沖量相等，但是A相和B相之間存在一個90°（電氣角的一周期為360°）的電氣角相位差，可以根據這個相位差來判斷編碼器旋轉的方向是正轉還是反轉，正轉時，A相超前B相90°*行相位輸出，反轉時，B相超前A相90°*行相位輸出。Z相為一圈一個脈沖電壓。

編碼器線制：

是與編碼器線數*不同的概念，指編碼器接線數，如下圖為5線制編碼器接線圖：

2.2倍頻

注意： 只有增量式編碼器具備倍頻功能。絕對式碼盤在任意位置都可給出與位置相對應的數字轉角輸出量，不存在四倍頻的問題。

方波輸出有兩種，單相編碼器輸出一相脈沖，正交編碼器輸出兩相相位相差90度的脈沖（在0度、90度、180度、270度相位角,這四個位置有上升沿和下降沿）。

編碼器計數的時候可以只記上升沿（無倍頻），單相脈沖記上升沿和下降沿（2倍頻）；正交脈沖記所有上升沿就是2倍頻，記所有上升和下降沿就是4倍頻（方波最多只能做到4倍頻）。

以正交編碼器為例，4倍頻的意義在于在1/4T方波周期就可以有方向變化的判斷，這樣1/4的T周期就是最小測量步距，通過電路對于這些上升沿與下降沿的判斷,可以4倍于PPR讀取位移的變化,這就是方波的四倍頻。這種判斷，也可以用邏輯來做，0代表低，1代表高，A/B兩相在一個周期內變化是0 0，0 1，1 1，1 0 。這種判斷不僅可以4倍頻，還可以判斷移動方向。

從經濟性來講，采用倍頻電路可以有效提高分辨率，而不增加旋轉編碼器的光柵數，從而減少旋轉編碼器的制作難度和成本。

舉例：如果電機裝了一個2500線編碼器，則在不倍頻的情況下，電機每轉一圈可輸出2500個脈沖；如果經過4倍頻電路處理，則可以得到一圈10000個脈沖的輸出，電機一圈為360°，所以每個脈沖代表的位置為360°/10000，相比360°/2500, 分辨率提高4倍。

需要注意的是，四倍頻2500線增量式編碼器轉一圈同樣需要輸入10000個脈沖。

2.3電機剛性與負載慣量比

電機剛性

電機剛性（與柔性相對）就是電機軸抗外界力矩干擾的能力，即電機轉子的自鎖能力。在伺服設置中，可以設定剛性等級，通常根據慣量比以及傳動連接方式大致估測。

剛性與響應速度有關，一般情況下，剛性高的機械可通過提高伺服增益來提高響應性能：剛性越強，對應的速度環增益越大，其響應速度也越高，但是過高容易讓電機產生機械共振，無法提高響應性能：在定位命令結束后，即使電機本身已經接近靜止，機械傳動端仍會出現持續擺動。因此有高響應需求的場合需要剛性較高的機械以避免機械共振。注意這里的機械剛性指機械的動態剛性，即機床抵抗受迫振動的能力大小。

在伺服應用中，用聯軸器來連接電機和負載，就是剛性連接；而用同步帶或者皮帶來連接電機和負載，就是柔性連接。

響應時間：

電氣系統的響應時間，即給定一個位置、速度、轉矩指令，到電機運行至該位置、速度、轉矩的時間。

對響應速度和剛性關系的具體解釋：

在位置模式下，用力讓電機偏轉，如果伺服系統的響應速度夠快，當伺服系統剛剛檢測到偏差就立即輸出一個較大的反向力，則電機偏轉角度較小，說明伺服系統剛性較強。

轉動慣量與轉矩的關系

計算負載慣量的目的就是為計算加/減速轉矩。

任何旋轉物體均有慣量存在，慣量大小直接反應旋轉時加/減速所需轉矩大小及時間長短。因此選用電機時必須計算出電機的負載慣量，才能據此選擇所需電機的規格。如若選定的電機無法在希望的加速時間到達預定轉速，必定是電機輸出轉矩不符合負載的需求，須加大電機的輸出轉矩。

關于力矩、轉矩和扭矩

力矩：力對剛體轉動的影響，不僅與力的大小和方向有關，還與力相對于轉矩的位置有關，為了描述力對剛體轉動的作用，需要引入力對轉軸的力矩這一新的物理量。

轉矩：轉矩即轉動力矩，一般指旋轉的物體所受到的力矩。

扭矩：任何元件在轉矩的作用下，必定產生某種程度的扭轉變形，因此習慣上又常把轉動力矩叫扭轉力矩，簡稱扭矩。

負載慣量比

電機慣量指的是轉子本身的慣量（即轉動慣量，只跟轉動半徑和物體質量有關），分為大、中、小慣量，從響應角度來講，電機的轉子慣量應小為好；從負載角度來看，電機的轉子慣量越大越好。

負載慣量由工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯軸器等直線和旋轉運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成（即機械負載總慣量）.適用負載慣量通常小于伺服電機慣量的 5 倍，一般負載慣量超過電機轉子慣量的10倍，可以認為慣量較大。

負載慣量比 = 負載慣量 / 電機自身轉動慣量

電機剛性與負載慣量比之間的關系

負載的轉動慣量對伺服電機傳動系統的剛性影響很大，負載慣量比越大，伺服允許的剛性等級越低。固定增益下，伺服剛性相對轉動慣量比過高時，易引起機械共振；反之則電機響應速度遲鈍。為此需要做到慣量匹配，即設置合適的負載慣量比。一般是要調控制器增益改變系統響應，進而達到慣量匹配；也可以選用剛性較高的機臺以避免機械共振（機臺具有的容許響應頻率）。

在伺服設定時，用戶可自行選擇剛性等級，伺服驅動器將自動產生一組匹配的增益參數，滿足快速性與穩定性的需要，其前置條件為已正確獲得負載慣量比。

如何理解伺服電機的剛性和慣量？

淺談剛性、慣量、響應時間及伺服增益調整之間的關系

2.4電子齒輪

基本概念

電子齒輪：簡單地說就是用電氣控制技術代替機械傳動機構。一般來說，電機與驅動機構是直連的，機械結構固定后，傳動比也就固定了；利用電子齒輪可以增加傳動系統的柔性，提高傳動精度。

電子齒輪比：電機編碼器接收脈沖與上位機發送脈沖之比，可在驅動器或者控制器上設置。由此可知：

例：車床用 10mm 絲杠，電機轉動一圈機械移動 10mm，每移動 0.001mm 就需要電機旋轉 1/10000 圈（0.001/10），而如果連接 5mm 絲杠（即電機轉動一圈機械移動 5mm），且直徑編程的話，每 0.001 的位移量就需要 1/5000 轉，這時可以用電子齒輪設置，就可以保持脈沖當量不變。

詳見：電子齒輪比計算方法

脈沖當量

脈沖當量是指控制器輸出一個定位控制脈沖時，所產生的定位控制移動的位移。即單位脈沖的位移。線性運動是指距離，圓周運動是指角度。脈沖當量越小，定位控制的分辨率越高，加工精度也越高。所有的定位控制位移量以脈沖量為單位計算脈沖數。

3伺服系統控制原理

3.1三環控制

運動伺服一般都是三環控制系統，從內到外依次是電流環、速度環和位置環。電流環反應速度最快，速度環的反應速度必須高于位置環，否則將會造成電機運轉的震動或反映不良。伺服驅動器的設計可盡量確保電流環具備良好的反應性能，故用戶只需調整位置環、速度環的增益即可。

伺服的控制方式有3種，分別是位置控制、速度控制和轉矩控制。

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