Выбор датчика двигателя

Cерводвигатели широко используются во многих отраслях, таких как деревообрабатывающая и пищевая промышленность, автоматическая упаковка и т.д., а также в робототехнике и во многих автономных механизмах. Выбор энкодера для конкретной приводной системы зависит прежде всего от требуемой точности и типа информации, которую мы хотим получить – о положении и/или скорости.

Ошибка позиционирования при одном обороте и в один сигнальный период

Прежде чем принять окончательное решение при выборе энкодера, инженер должен определить основные характеристики, которые имеют наибольшее влияние на последующую эксплуатацию приводной системы: 

  • точность позиционирования,
  • стабильность рекомендуемой скорости,
  • генерируемый шум,
  • мощность потерь,
  • пропускная способность, определяющая динамику привода.

 

Точность позиционирования

Точность позиционирования зависит исключительно от конкретных условий эксплуатации. Рассмотрим, к примеру, ресольверы: большинство из них генерирует сигнал при каждом обороте. Разрешение по осям, таким образом, весьма ограничена, как правило, примерно до ±500“(угловых секунд), что в сочетании с интерполятором в приводе позволяет различать 16 384 позиций за один оборот.

С другой стороны, специальные индукционные системы, используемые во многих энкодерах, при каждом обороте генерируют сигнал 32 раза, предлагая таким образом гораздо большее разрешение ±280“. Это дает возможность выделить 131 072 позиции за один оборот.

Оптические энкодеры имеют еще большее разрешение, которое дополнительно увеличивается за счет внутренний электронных интерполирующих устройств. Значения разрешения достигают 25 бит, что дает 33 554 432 позиции за оборот, т. е. около ±20“.

 

Стабильность скорости

энкодерыДля обеспечения бесперебойной работы привода, энкодер должен сообщать необходимое количество информации о его позиции. Но это еще не все: инженеру следует обратить внимание на качество этой информации. Увеличение разрешения энкодера достигается за счет интерполяции нескольких компонентных сигналов. Ошибки в измерениях, чрезмерные помехи и другие факторы могут негативно повлиять на результаты измерений отдельных компонентов и, как следствие, на результат интерполяции. По этой причине выходной сигнал постоянно «колеблется». В высококачественных энкодерах ошибки интерполяции не превышают 1-2%. (см. рис. 1 и 2).

Ошибки интерполяции негативно отражаются на точности позиционирования, но в первую очередь они искажают измерения скорости. Малые оборотные скорости сопровождаются низкой частотой ошибок интерполяции, которые интерпретируются как помехи. В результате регулятор скорости пытается компенсировать распознанные им отклонения скорости, вырабатывая соответствующие [постоянно меняющие направление – прим. пер.] значения тока двигателя. Минимальная вибрация вала двигателя сопровождается характерным шумом. С ростом скорости увеличивается частота ошибок интерполяции. В связи с ограниченной пропускной способностью двигателя вибрации вала не видны, но в сигналах регуляторов помехи по-прежнему присутствуют и дают знать о себе при значительном усилении отдельных операций контроллера.

Большая точность энкодеров и устойчивость измерений к помехам уменьшают также перебои тока в двигателе, и, следовательно, снижают мощность потерь и выделение тепла. На рис. 3 представлено течение тока в двигателе в функции использованного энкодера: ресольвера, индукционного энкодера и оптического энкодера. 

 

Пропускная способность

соединение энкодер с валом

Пропускная способность (связанная с направляющим сигналом и контролем надежности) может быть ограничена жесткостью связи между валом двигателя и энкодером вала, а также естественной частотой муфты. Типичный пропуск составляет от 55 до 2 кГц. Если привод или его монтаж становятся причиной длительных вибраций, то энкодер не сможет достичь своих параметров, и даже рискует выйти из строя.

Частота собственных колебаний в значительной степени зависит от механизма, соединяющего энкодер с валом двигателя. Желательно, чтобы первая частота собственных колебаний была как можно выше.

Решающее значение для правильной работы энкодера имеет взаимное расположение подшипников двигателя и энкодера. Чем более совпадают их оси, тем лучше. Это обеспечивается специальной механической конструкцией, показанной на рисунке 4. Четырехкратное увеличение крутящего момента между валом двигателя и энкодером обеспечивает конструкция, представленная на рис. 5. Это позволило увеличить прочность подшипников и укрепить конструкцию, значительно увеличив пропускную способность энкодера, а тем самым – и приемлемый диапазон ускорения.

На выбор подходящего энкодера двигателя сервопривода влияют многие факторы. Хотя определяющей является, как правило, точность позиционирования, полезно понимать и то, как повлияют на внедрение другие его характеристики, такие как стабильность, шум, потери мощности и пропускная способность. Учет этих факторов на стадии проектирования приводных приложений поможет избегнуть многих проблем в будущем.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *