2011年7月1日 星期五
PLC|時序產生的誤差
PLC|時序產生的誤差
以下兩種PLC寫法有何差異?
第一種
|-|X1|-------(Y1)-|
|-|Y1|-------(Y2)-|
|-|Y2|-------(Y3)-|
第二種
|-|Y2|-------(Y3)-|
|-|Y1|-------(Y2)-|
|-|X1|-------(Y1)-|
有何差異?
實際會產生什麼影響?
什麼時候可以不必考慮這種差異?
如果答的出來,功力應該是不錯!!!
以下兩種PLC寫法有何差異?
第一種
|-|X1|-------(Y1)-|
|-|Y1|-------(Y2)-|
|-|Y2|-------(Y3)-|
第二種
|-|Y2|-------(Y3)-|
|-|Y1|-------(Y2)-|
|-|X1|-------(Y1)-|
有何差異?
實際會產生什麼影響?
什麼時候可以不必考慮這種差異?
如果答的出來,功力應該是不錯!!!
伺服馬達|累計誤差?
伺服馬達|累計誤差?
再上一篇中,伺服馬達的定位精度是非常高。
但有人常提到累計誤差、重覆定位精度等等問題。
累計誤差,比較常發生在增量座標的使用上。
雖然定位精度很高,但還是會有無法整除的情形,
當有無法整除的情形發生,誤差就出現了。
如果一次定位差0.001um,連續走1000次,就偏差1um。
就是所謂的累計誤差。
因為在增量座標,就是判斷走多少脈波,
所以一定是整數,無法接收小數。
如果是外部丟脈波的控制方法,會比較容易發生這個現象。
再上一篇中,伺服馬達的定位精度是非常高。
但有人常提到累計誤差、重覆定位精度等等問題。
累計誤差,比較常發生在增量座標的使用上。
雖然定位精度很高,但還是會有無法整除的情形,
當有無法整除的情形發生,誤差就出現了。
如果一次定位差0.001um,連續走1000次,就偏差1um。
就是所謂的累計誤差。
因為在增量座標,就是判斷走多少脈波,
所以一定是整數,無法接收小數。
如果是外部丟脈波的控制方法,會比較容易發生這個現象。
2011年6月30日 星期四
伺服馬達|定位精度誤差?
伺服馬達的控制精度來自於回授編碼器(Encoder)。
理論上,編碼器的解析度越高,能切分出的脈波越細,定位精度自然越高。
但依照機台機構特性不同,一昧盲目追求最高精度其實沒有意義。
理論上,編碼器的解析度越高,能切分出的脈波越細,定位精度自然越高。
但依照機台機構特性不同,一昧盲目追求最高精度其實沒有意義。
伺服定位精度的理論計算
伺服驅動器以脈波(Pulse)為控制單位,基本運算公式如下:
每個脈波的移動距離 = 馬達每轉移動距離 ÷ 每轉編碼器脈波數
在閉迴路控制穩定狀態下,伺服馬達的靜態定位精度通常落在 ±1 個脈波 內(正負誤差範圍總計約 2 個脈波):
理論定位精度 = 每個脈波的移動距離 × 2
實例試算:
- 編碼器解析度:131,072 脈波/轉(約 17-bit 編碼器)
- 機構導程(馬達轉一圈走):10 mm(滾珠螺桿 Lead = 10mm)
1. 計算單一脈波當量:
10 mm ÷ 131,072 = 0.00007629 mm ≈ 0.076 μm / 脈波
2. 計算靜態理論定位精度(±1 Pulse):
0.076 μm × 2 = 0.152 μm ≈ 0.15 μm
🎯 理論計算結果:此機構在電氣控制上的解析精度可達約 0.15 μm(0.00015 mm)。
實務現場:為什麼做不出 0.15 μm 的精度?
許多人在算完上面的數學公式後,以為機台裝上去就能做到微米(μm)甚至奈米等級的加工。但到了現場實測,往往發現誤差達到好幾個條(1 條 = 10 μm = 0.01 mm),關鍵在於電氣解析度不等於機台實際重複定位精度:
1. 馬達扭力不足(致命傷)
原篇末特別提到:「也要馬達本身的扭力足夠」。
若負載過重、加減速過急,或馬達選型扭力不足,馬達會在定位整定時產生嚴重的位置滯後(Position Error)。一旦偏離脈波數過大,輕則定位爬行震盪、延遲到位,重則直接觸發伺服過載或位置偏差過大警報(Error)。
2. 機械背隙(Backlash)與組裝剛性
編碼器是裝在馬達後軸,它只能代表「馬達轉子轉了多少度」,卻無法直接反映工作台實際位置。聯軸器間隙、減速機背隙、滾珠螺桿的軸向間隙、滑軌平整度,都會直接吃掉你辛苦切出來的 0.076 μm。
3. 熱膨脹與環境溫差
以鋼製滾珠螺桿為例,每米長度每上升 1°C,熱膨脹量約為 11.5 μm!機台運轉 2 小時升溫 3~5°C,機械尺寸的熱伸長早就遠遠超過伺服的電氣誤差。
4. 電子齒輪比設定過大
若 PLC 發送端頻率上限不足,有些人會把伺服驅動器的電子齒輪比(CMX/CDV)倍率設得非常高。這等於「PLC 發 1 個脈波,馬達內部放大成 50 個脈波」,實質上大幅降低了定位解析度,讓運動變得粗糙。
結語:
定位精度是由「電氣解析度 + 伺服剛性響應 + 機械機構剛性」三者中最差的那一環決定的。盲目挑選 23-bit、24-bit 的頂規編碼器,如果機械背隙有 0.02 mm,最終加工出來的精度依然只有 0.02 mm。依產品公差與機構極限做合理的匹配,才是最成熟的電控設計思維!
定位精度是由「電氣解析度 + 伺服剛性響應 + 機械機構剛性」三者中最差的那一環決定的。盲目挑選 23-bit、24-bit 的頂規編碼器,如果機械背隙有 0.02 mm,最終加工出來的精度依然只有 0.02 mm。依產品公差與機構極限做合理的匹配,才是最成熟的電控設計思維!
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