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      高川運動控制卡功能系列----電子齒輪
      2021-12-13

      電子齒輪


      目錄

      概述.................................................................................................................................. 2

      1. 基本介紹................................................................................................................... 2

      1.1  基本原理......................................................................................................... 2

      1.2  基本特點......................................................................................................... 3

      2. 應用講解................................................................................................................... 3

      2.1  硬件部分......................................................................................................... 3

      2.2  軟件部分......................................................................................................... 3

      1 工具介紹................................................................................................ 3

      2 指令介紹................................................................................................ 5

      3 應用案例................................................................................................ 7

      3. 注意事項................................................................................................................... 8

       

       

      概述

      在運動控制系統中,電子齒輪的實現方式是用電氣控制技術來代替機械傳動機構,通過軟件的方法實現機械齒輪速比的調節功能,圖1為電子齒輪的機械模型。

      圖1 電子齒輪機械模型

      1. 基本介紹

      1.1 基本原理

      根據傳動比,離合區的不同,主軸帶動從軸運動。上位機向伺服系統(運動控制器)發出位置指令,位置指令脈沖有3種形式,如圖1.1.1為位置指令脈沖示意圖。

      脈沖+方向

       CW脈沖+CCW脈沖(正脈沖+負脈沖)

      正交兩相脈沖

      圖1.1.1 位置指令脈沖示意圖

      位置指令脈沖包含電機的位移和方向兩個方面,伺服系統的位置反饋脈沖當量(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)由檢測器(如光電脈沖編碼器)的分辨率,以及電機每轉對應的機械位移量等決定。當指令脈沖單位與位置反饋脈沖當量不一致時,就可以使用電子齒輪使二者完全匹配。

      1.2 基本特點

      可以大大地簡化機械設計,實現多個運動軸按設定的齒輪比同步運動;

      實現一個運動軸以設定的齒輪比跟隨一個函數,而這個函數由其他的幾個運動軸的運動決定,一個軸也可以以設定的比例跟隨其他兩個軸的合成速度;

      電子齒輪可以任意決定一個輸入脈沖所相當的電機位移量,實現無極調速,提高系統的柔性,運行更加平穩;

      在電機啟動和停止時,可防止失步和過沖現象;

      電子齒輪的轉動軸分為主軸和從軸,從軸又可看做主軸,主軸帶動從軸,從軸只能跟隨主軸運動,反之不可;

      2. 應用講解

      2.1 硬件部分

      可以使用同一控制器上任意軸作為主軸。如圖2.1.1為GCN400A控制器,其他控制器同樣方式,紅色區域內可選任意軸作主軸,其他都作為主軸的從軸。

      圖2.2.1 GCN400A控制器

       

      2.2 軟件部分

      1)工具介紹

      通過GCS.exe工具對電子齒輪的使用配置進行詳細說明。GCS.exe工具連接控制器后,點擊功能->電子齒輪,同時打開兩個測試軸1和2,如圖2.2.1電子齒輪模擬測試。

      圖2.2.1 電子齒輪模擬測試

      在圖2.2.1中,Gear 運動模式(電子齒輪運動模式設置了電機2為從軸,電機1為主軸,主軸類型(規劃位置、實際位置、編碼器位置)可選,一般默認規劃位置;跟隨方向(雙向、正向、負向)可選,一般默認雙向;傳動比主軸位移(設置主軸移動位移);傳動比從軸位移(設置主軸移動位移);傳動比主軸位移和傳動比從軸位移之比為傳動比,傳動比(在機械傳動系統中,其始端主動輪與末端從動輪的角速度或轉速的比值,就是設置主軸和從軸的位移比值的)可以隨時修改;離合區位移(必須大于0,同時不能等于1可以改變傳動比的數據變化,從而讓跟隨過程更加平滑,離合區越大,則同步過程越平滑;如圖2.2.2為電子齒輪主從軸速度曲線,曲線1為主軸速度曲線,曲線2為傳動比5:1從軸速度曲線,曲線3為傳動比5:2從軸速度曲線,曲線4為傳動比5:4從軸速度曲線,曲線5區域為離合區。

      圖2.2.2 電子齒輪主從軸速度曲線

      當多個從軸跟隨同一個主軸,從軸作為其他軸的主軸,如圖2.2.3從軸電機作為主軸被跟隨運動,電機1為電機2和電機3的主軸,電機2為電機3的主軸,根據傳動比不同,電機移動的位移也就不同。

      圖2.2.3從軸作為主軸被跟隨運動

      2)指令介紹

      以下為電子齒輪常用功能函數的詳細說明。

      電子齒輪

      函數原形

      函數說明

      NMC_MtGearSetDir

      設置Gear跟隨方向

      NMC_MtGearGetDir

      獲取Gear跟隨方向

      NMC_MtGearSetMaster

      設置Gear主軸參數

      NMC_MtGearGetMaster

      獲取Gear主軸參數

      NMC_MtGearSetRatio

      設置Gear跟隨倍率

      NMC_MtGearGetRatio

      獲取Gear跟隨倍率

      NMC_MtGearStartMtn

      啟動Gear運動

       

      (1)設置單軸運動速度曲線類型

      NMC_MtSetPrfMode( HAND axisHandle, short mode );

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      軸句柄

      mode

      輸入

      各軸的規劃模式

      #define   MT_NONE_PRF_MODE     (-1) //   無效

      #define MT_PTP_PRF_MODE      (0)    // 梯形規劃

      #define   MT_JOG_PRF_MODE      (1)  // 連續速度模式

      #define MT_CRD_PRF_MODE      (3)    // 坐標系

      #define   MT_GANTRY_MODE       (4)  // 龍門跟隨模式

      #define   MT_PT_PRF_MODE       (5)  // PT模式

      #define MT_MULTI_LINE_MODE   (6)    // 多軸直線插補

      #define   MT_GEAR_PRF_MODE     (7)  // 電子齒輪模式

      #define   MT_FOLLOW_PRF_MODE   (8) //   Follow跟隨模式

      注意:坐標系模式不需要通過NMC_MtSetPrfMode設置

       

      (2)設置 Gear 跟隨方向

      NMC_MtGearSetDir(HAND axisHandle, short dir);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      dir

      輸入

      雙向跟隨:=0;

      正向跟隨:>0;

      負向跟隨:<0;< span="">

       

      (3)獲取 Gear 跟隨方向

      NMC_MtGearGetDir(HAND axisHandle, short* pdir);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      pdir

      輸出

      雙向跟隨:=0;

      正向跟隨:>0;

      負向跟隨:<0;< span="">

       

      (4)設置 Gear 主軸參數

      NMC_MtGearSetMaster(HAND axisHandle, short masterNo, short masterType);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      masterNo

      輸入

      主軸序列號:0 ~ N;

      masterType

      輸入

      主軸類型

      AXIS規劃值:1;

      AXIS反饋值:2;

      編碼器值:  3;

       

      (5)獲取 Gear 主軸參數

      NNMC_MtGearGetMaster(HAND axisHandle, short * pmasterNo, short * pmasterType);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      pmasterNo

      輸出

      主軸序列號:0   ~ N

      pmasterType

      輸出

      主軸類型

      AXIS規劃值:1;

      AXIS反饋值:2;

      編碼器值:   3;

       

      (6)設置Gear跟隨倍率

      NMC_MtGearSetRatio(HAND axisHandle, long masterEven, long slaveEven, long masterSlope);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      masterEven

      輸入

      傳動比系數:主軸位移

      slaveEven

      輸入

      傳動比系數:從軸位移

      masterSlope

      輸入

      離合區位移:必須大于0,同時不能等于1

       

      (7)獲取Gear跟隨倍率

      NMC_MtGearGetRatio(HAND axisHandle, long *pMasterEven, long *pSlaveEven,long *pMasterSlope);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      pMasterEven

      輸出

      傳動比系數:主軸位移

      pSlaveEven

      輸出

      傳動比系數:從軸位移

      pMasterSlope

      輸出

      離合區位移:必須大于0,同時不能等于1

       

      (8)啟動Gear運動

      NMC_MtGearStartMtn(HAND axisHandle, short syncAxCnts, short *pSyncAxArray);

      參數

      輸入/輸出

      描述

      axisHandle

      輸入

      從軸句柄

      syncAxCnts

      輸入

      不包括axisHandle   的其他同步啟動軸數量

      pSyncAxArray

      輸入

      其他同步啟動軸的序號:0 ~ N

       

      3)應用案例

      /*********此處省略控制器初始化部分***********/

       

      //函數返回值錯誤

      #define RTN_ERR {if(rtn != RTN_CMD_SUCCESS){ return;}}

       

      short rtn = 0;

      //設置軸二的運動模式為電子齒輪模式

      rtn = NMC_MtSetPrfMode(axishandle[1],MT_GEAR_PRF_MODE);

      RTN_ERR

      //設置雙向跟隨

      rtn = NMC_MtGearSetDir(axishandle[1],0);

      RTN_ERR

      //設置跟隨軸一的規劃器

      rtn = NMC_MtGearSetMaster(axishandle[1],0,1);

      RTN_ERR

      //設置傳動比5:4和離合區

      rtn = NMC_MtGearSetRatio(axishandle[1],5,4,2000);

      RTN_ERR

      //啟動電子齒輪運動,當主軸運動時,從軸將按照設置的傳動比和離合區運動,運動過程中調用NMC_MtGearSetRatio可更新傳動比和離合區參數

      rtn=NMC_MtGearStartMtn(axishandle[1],0,0);

      RTN_ERR

      return rtn;

       

      3. 注意事項

      將電子齒輪先設成1:1,為消除反向間隙的影響,確定待運動的方向后,先沿此方向運動一定的距離(如2毫米);

      坐標、狀態清零,或使用設定值(如1000毫米)的運動。沿剛才的方向單向移動一個距離(如1000毫米),此距離應足夠大(理論上越大越精確);

      修改電子齒輪值后,校核運動精度,如果滿足精度要求,則記下此數值,以備丟失時使用。如果誤差過大,則重復此操作,或對上述值進行修正。注:對于使用伺服電機的用戶建議更改伺服驅動器的電子齒輪,而將系統的電子齒輪設置為1:1;

      電子齒輪一般應使分子(主動軸)小于等于分母(從動軸),不要分子大于分母;

      如果使用交流伺服,盡量將控制系統的電子齒輪設置為1,而改變伺服驅動器的電子齒輪設置;

      電子齒輪的分子、分母均不能為零、負數或小數;

      電子齒輪可對絲杠、齒條的線性誤差進行線性的補償;

      系統的電子齒輪可與步進驅動器的細分數、伺服電機的電子齒輪結合在一起修改。從而保證電子齒輪的比不超過1??傊?,系統以設定的高速運行時,其輸出的高頻率應<150khz。否則將出現不準確的現象;< span="">

      當使用步進電機,且電子齒輪比為1:1時,系統運動過程中的振動、噪音將降低,否則有可能出現一定的振動或噪音;

      電子齒輪比的倒數為脈沖當量:系統發出一個脈,機械實際運動的距離(單位:微米);

      11 在函數中,有三種編程對象,對于單軸控制的指令是以 NMC_Mt 開頭,對于坐標系的指令是以NMC_Crd 開頭,其余是對控制器的指令;

      12 文檔只挑選常用功能,更多功能請關注頭文件,在里面做了詳細的注釋;

      13 如有其他疑問,請聯系技術。

       


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