Hallo allerseits, ich habe mich seit kurzem mit Servoreglern beschäftigt und will mir selbst einen Servoregler bauen. Mit Servo meine ich nicht einen Modellbauservo sondern einen leistungsstarken DC motor für einen CNC Maschiene. Ein Servoregler ist z.B. der UHU http://benezan-electronics.de/manuals/UHU-Installation.pdf welcher auch hier im Forum schon diskutiert wurde. Solche Servomotoren haben an der Achse einen optischen Inkrementalgeber montiert (z.B. den HEDS-5540), welcher die genaue Bewegung der Motorachse erfasst. Diese inkrementalgeber haben eine Auflösung von > 400 Pulsen pro Umdrehung. Damit komme ich auch schon zu meiner Frage: Warum haben diese Inkrementalgeber eine solch feine Auflösung? Kann man mit einem DC-Bürstenmotor und Servoregelung eine 10tel Drehung der Motorachse erreichen, oder ist die Rasterung des Motors eine natürliche Grenze für die Winkelauflösung? Vielen Dank, Markus
Hallo, ist an dem Motor eventuell noch ein Getriebe verbaut? Hier ein paar grobe Infos: http://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor#Genauigkeit viele grüße...
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> ich habe mich seit kurzem mit Servoreglern beschäftigt und will mir > selbst einen Servoregler bauen. Das ist schoen fuer dich, dann kannst du ja richtig was lernen. :-) > Diese inkrementalgeber haben eine Auflösung von > 400 Pulsen > pro Umdrehung. Nein, diese Inkrementalgeber haben die Aufloesung die du gerne haettest oder kaufst. Ich hab auch schon Motore mit 16Strichen eingesetzt. > Warum haben diese Inkrementalgeber eine solch feine Auflösung? Weil du berechnet hast was du brauchst und dann dir sowas kaufst. Und genau da liegt das Problem. Du musst zuerst mal ausrechnen weil Leistung dein Motor so braucht und wie schnell er laufen muss. Dann kuckst du welche Aufloesung du brauchst. Dann waehlst du dir einen Motor aus der deinen Wuenschen nahe kommt. Dann rechnest du mit den Motordaten zurueck ob das damit geht. Danach rechnest du die maximale Abtastfrequenz am Encoder aus und pruefst ob dein Controller das kann. > Kann man mit einem DC-Bürstenmotor und Servoregelung eine 10tel Drehung > der Motorachse erreichen, oder ist die Rasterung des Motors eine > natürliche Grenze für die Winkelauflösung? Grundsaetzlich kannst du so genau werden. In der Praxis wird die Genauigkeit eher vom Spiel im Getriebe abhaengen. Olaf
Der Doc schrieb: > Warum haben diese Inkrementalgeber eine solch feine Auflösung? > Kann man mit einem DC-Bürstenmotor und Servoregelung eine 10tel Drehung > der Motorachse erreichen, ... Mit hochwertigen Servomotoren und Regelung erreicht man problemlos Positioniergenauigkeiten im Miligrad-Bereich. Die erreichbare Genauigkeit hängt von der Regelung und der Messgenauigkeit ab. Für genaue Regelungen werden meistens Sinus-Geber eingesetzt, mit z.B. 2048 Strichen pro Umdrehung. Diese liefern ein analoges, sinusförmiges Signal, durch genaue Messung mit A/D-Wandlern kann man eine Sinus-Periode auf ca. 4000 Punkte Auflösen. Damit liegt die Mess-Auflösung bei 1/8192000 Umdrehungen, also ca. 0,5 * 10^-6 Umdrehungen entspricht ca. 0,2 m°. Die Genauigkeit ist natürlich nicht ganz so gut, mit einem präzisen mechanischen Aufbau und ggf. Kalibration erreicht man so 3-5 m° (10 - 20 Winkelsekunden). > ... oder ist die Rasterung des Motors eine natürliche Grenze für die > Winkelauflösung? Was meinst du mit Rasterung? Ein Servo-Motor (DC oder Synchron) hat keine Rasterung.
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Hast Du wirklich einen DC Motor oder einen Brushless DC. Letzteres ist die Regel bei CNC Maschinen bzw. Schrittmotoren bei Lowcost. Wenns was richtiges werden soll ist Standart Brushless DC mit Resolver (Rotorlagegeber) Linear Massstab als Istwert Erfassung. Wenn Du einen Brushless hast gibt es Rastung im Drehmoment wenn er block kommutiert wird. Wenn sinus kommutiert ist eine Rastung vernachlässigbar.
Beim UHU-Projekt werden tatsächlich bürstenbehaftete Motoren verwendet, also echte DC-Motoren. Da macht auch ein hochwertiger optischer Geber mit analogen sin/cos-Signalen und nachgeschalteter Interpolation keinen Sinn. Ein paar hundert Inkremente/U reichen da locker. Eine hohe Geberauflösung ist übrigens nicht nur für die Positionierung wichtig, sondern auch für die Drehzahlregelung. Je schneller der Regler ist, um so höher muss die Geberauflösung sein, um die Geschwindigkeit noch brauchbar auflösen zu können. Besonders gut sieht man das bei Direktantrieben, egal ob Linear- oder Torquemotor. Wenn der Geber eine zu niedrige Auflösung hat, steigt das Stromrauschen, die Antriebsgeräusche und die Erwärmung des Antriebs deutlich an. Für den Hobbyisten ist das aber i.A. nicht relevant. Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann
Vielen dank für die vielen Antworten. In der Tat will ich einen gewöhnlichen Bürstenmotor mit hohem Drehmoment verwenden (ca. 1 Nm) und disen dann mit optischen encoder versehen. Der Motor hat keine spürbare rasterun und dreht bei 40 Volt mit ca. 2500 Upm. Wenn das ganze funktioniert, ist das ganze um den Faktor 5 bis 10 günstiger als ein Industrieservo. Das war auch die Idee des UHU Reglers. Der Hinweis auf die Dynamik und Stabilität der Regelschleife ist sehr hilfreich. Gibt es eine Faustregel oder Formel welche Auflosung man für den Encoder man wählt, oder einfach wie Olaf vorgeschlagen hat, das größte wählen was der Regler noch abkann? Markus
Hallo, dank dem Tip von Thorsten hab ich bezüglich der Auflösung der Geber ein Dokument im Internet gefunden, welches auf die Thematik eingeht. Die Auflösund des Inkrementalgebers beinflusst die Drehzahlgenauigkeit (für Geber mit kleiner Auflösung leidet die Drehzahlstabilität in einem gewissen Drehzahlbereich) und das Stromrauschen (wie von Thorsten schon erwähnt). Für alle die interessiert sind: http://www.heidenhain.de/de_DE/php/dokumentation-und-information/dokumentation/prospekte/popup/media/media/file/view/file-0232/file.pdf Vielen Dank und viele Gruesse, Markus
Hallo, bei einem modernen Antriebskonzept wird der Inkrementalgeber zugleich für die Positionsbestimmung verwendet - muss man auf 1µ positionieren, so muss der Geber eben eine Auflösung von 1µ erlauben. Für die Drehzahlregelung (bzw. Geschwindigkeitsregelung) reicht das in jedem Fall. Gruss Reinhard
Hallo Reinhard! > bei einem modernen Antriebskonzept wird der Inkrementalgeber zugleich > für die Positionsbestimmung verwendet - muss man auf 1µ positionieren, > so muss der Geber eben eine Auflösung von 1µ erlauben. Für die > Drehzahlregelung (bzw. Geschwindigkeitsregelung) reicht das in jedem > Fall. Nein, eben nicht. Das ist eine gängige, aber falsche Annahnme. Lies doch bitte nochmal genau, was ich geschrieben habe. Das Dokument von Heidenhain geht da weiter ins Detail, wenn meine Erklärungen nicht ausreichen sollten. Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann
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Thorsten Ostermann schrieb: > Nein, eben nicht. Das ist eine gängige, aber falsche Annahnme. Da verwechselst du was. Wahrscheinlich ist dir einfach nicht klar, eine wie hohe Auflösung für eine Positionierung auf 1µ nötig ist. In dem Dokument steht nichts, was meiner Behauptung widerspricht, im Gegenteil, die geringe Stromänderung bei optischen Encodern wird sogar ausdrücklich erwähnt. Niemand kann so verrückt sein, einen Resolver für eine µ-Positionierung zu verwenden, daher habe ich das nicht ausdrücklich erwähnt, was ich hiermit für dich nachhole. Man könnte aber auch einfach rechnen, wenn man denn könnte: ein Schritt von 1µ bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 1m/s, was für eine Werkzeugmaschine völlig realistisch ist, ergibt eine Zählrate von 1 MHz! Willst du ernsthaft behaupten, das sei zuwenig für die Regelung? Gruss Reinhard
Reinhard Kern schrieb: > Man könnte aber auch einfach rechnen, wenn man denn könnte: ein Schritt > von 1µ bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 1m/s, was für eine > Werkzeugmaschine völlig realistisch ist, ergibt eine Zählrate von 1 MHz! > Willst du ernsthaft behaupten, das sei zuwenig für die Regelung? Thorsten meinte wahrscheinlich, das bei einer gewünschten Auflösung von 1µ ein hochauflösender Geber am Motor völlig sinnlos ist, egal wie hochauflösend. Stell dir nur mal vor, du fährst deine Achsen mit 1m/s mehrmals hin und her. Dabei erwärmt sich die Kugelspindel nur um 1°C. Kannst ja mal ausrechnen, welche Längenänderung, und damit Ungenauigkeit, sich nur daraus ergibt. Von einer Änderung der Raumtemperatur ganz zu schweigen. Deswegen baut man bei modernen Maschinen direkt an den Achsen Glasmaßstäbe an, welche dann das Positionssignal für die Steuerung liefern. Der Geber am Motor ist dann eigentlich nur noch für die Kommutierung zuständig. Gruß, Steffen
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Steffen N. schrieb: > Deswegen baut man bei modernen > Maschinen direkt an den Achsen Glasmaßstäbe an, welche dann das > Positionssignal für die Steuerung liefern. Davon gehe ich ja aus, bzw. davon dass jemand weiss wie man µ-Auflösung realisiert. Aber das Signal eben dieser Massstäbe kann/sollte man auch zur Geschwindigkeitsregelung verwenden, ein zusätzlicher Winkel-Encoder ist überflüssig. 1 µ ist auch so schon wenig genug, da muss man sich Getriebespiel und Umsetzung durch Kugelumlaufspindel usw. nicht auch noch aufhalsen. Ich habe lange Jahre Messmaschinen gebaut, da ändert sich die Positionsanzeige schon wenn man an einer Seite mit dem Daumen auf das Maschinenbett drückt, selbst bei mehr als 5cm Granit. Unendlich steifes Material gibt es halt nicht. Ein Grund für mehrere Encoder könnte allerdings darin bestehen, dass man sich ein fertiges Motormodul kauft mit bereits fest eingebauter Geschwindigkeitsregelung, aber das ist eher eine kaufmännische als eine technische Frage. Dann muss man sich aber auch mit der Frage genügender Auflösung nicht selbst befassen. Gruss Reinhard
Ich habe nie von einer gewünschten Auflösung von 1µm gesprochen, geschweige denn davon, dass ich (ausschließlich) einen Resolver für eine solche Aufgabenstellung einsetzen wollte! Meine Aussage war kurz zusammengefasst: Selbst wenn für die Positionierung eine relativ niedrige Geberauflösung ausreichend erscheint, kann diese für die Drehzahlregelung deutlich zu gering sein. Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann
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