既然有人愿意讨论，良性的讨论是值得深入的 不过我想先讲个前提，伺服系统各家有各家的演算法则 虽然万法不离其宗，最终仍是回到PID的演算。但PID演算的细节各家有各家的玩法 不光是每个厂商自己的PID演算会有差异，同一家产品不同系列就不尽相同 而开放调整的参数更是影响到使用者能调整的范围跟程度。 所以虽然原则不变，但细节差异甚大 ※ 引述《snaken (snaken)》之铭言： : 标题: Re: [心得] PLC 过往工作及最近面试 : 时间: Sat Oct 21 01:31:30 2017 : : 难得有人想要讨论这一个问题，这边也来分享一下小弟的看法。 : : : : : 其实在伺服控制里面，控制脉波与编码器回授脉波两者是有关系的 : : 在位置环控制中的第一件事就是 : : (控制脉波) x (某个倍率) - (编码器回授) = deltaP : : dP 之後才开始处理位置增益之後的速度环、电流环 : : 这个不知所以然的 (某个倍率)被某个伟大的前辈构思出了 "电子齿轮比" 这个概念 : : 这东西的目标，其实就是希望使用者把这个值後面的东西都当作一个黑盒子 如果我没有理解错 大大的意思是 控制命令(setpoint)- 回授位置(feedback pos) = 位置误差(position error) 这是位置控制回路(position control loop) 的第一步 有了位置误差以後(P.E.，对应大大文中的DP)，就可以丢入PID演算去做後面那段"黑盒子" 如果这个说法符合的话，我就不同意"某个倍率"这件事了 因为这里的"某个倍率"其实指的就是电子齿轮比 并不是先有位置回路的"某个倍率"，才有电子齿轮比 而是先创造出了"电子齿轮比"，才有了"某个倍率"这件事 位置回路的开头，就是把目标位置-实际位置 ，得到位置误差， 以位置误差作为PID演算的基本参数 而因为引入了电子齿轮比这个参数 才会造成命令位置必须是"脉波命令"x"某个倍率" 这个"某个倍率"就是电子齿轮比 大大的说法是倒果为因了 更仔细的解释的话 命令位置 = 脉波命令 x 电子齿轮比 在最原始的控制时，如果没有电子齿轮比 那麽命令位置就等於脉波命令， 所以命令位置 = 脉波命令 = 编码器回授 是因为导入了电子齿轮比，才使得命令位置与脉波命令之间多了一个倍率关系 而这个倍率就是电子齿轮比。 : : 毕竟大家是用伺服的人，不是开发伺服的人，把自己的人生搞那麽复杂做甚麽呢？ : : 以现状来说，我们通常就是跟客户讲说: : : 阿你就看马达转一圈，载台走多少填进去就对了 : (对不起我们就是那种乱教的人....) : : 然後默默的三菱还真的设计了参数只要填螺距一个参数即可.... : : 我也不是没有遇过真的有兴趣想学想了解的客户，反正讲清楚一点也不花多少时间 : : 但大家身在这个行业应该也了解，不是每个人都这麽有慧根 : 这是事实，不过我一直认为，造成了使用者不求甚解的原因，设备制造商也是共业 长久以来，伺服制造商把"黑盒子"包得死死得不让使用者一窥究竟 使用者就被教育成不必去理解内部演算在做什麽的观念，反正会使用就好 说得更明白一点，对，就是你，日系的设备商。 相对的如果看欧系的伺服系统，说明书里大多都把整个控制回路都解释得很清楚 包含每个参数的控制模型跟演算法，说明书里大多解释得很清楚 但台湾因为受到日本设备长时间的影响(加上阅读英文的障碍) 所以就算有说明书，愿意看的人也是蓼蓼无几... : : : : : : : : 顺便附带说明，编码器解析度拉高，其实对於位置控制的精确度提升是非常有限的 : : 讲白点，你要控制一组滑台系统走出1um，最大重点之一是机构要够力 : : 难道真的有人为以为买了一只20bit (1,048,576)的马达，配上1mm的螺杆 : : 可以做出1nm的控制? 这里我可以理解。其实更深入来说，编码器解析度跟精度是两件事 编码器本身也有精度，而精度并不等於解析度 用旋转编码器解释太麻烦，直接用光学尺来说明 光学尺解析度譬如是1um好了，精度不会是1um。解析只是解析， 它从来没跟你说每一个脉波不会有误差，这一次你读到十个脉波，跟下一次读到十个脉波 实际位置并不见得是一样的 不过解析度跟精度之间的关系，比较像是天花板的关系 没有解析度就没有精度 (但有解析度不代表有精度) 一个解析度1um的编码器，"控制精度"理论上的极限就是+- 1um 意思是你能看到在Inpos後，编码器永远只正负跳一个脉波，这是控制的极限 但完全不代表最终精度就会有1um，这跟编码器本身的精度、还有机构有相关 而机构永远才是限制一套系统能达到多少精度的最根本原因 控制精度早就远远远远超过人类能制造出的机构精度条件了 控制精度要压在0.1um以下，以目前的技术来说根本一块蛋糕 但是机构要能达到这个条件... 很拼啊 或是换句话说，你给我一套解析度到0.1um的编码器+马达 我可以很轻易的控制马达往前走0.1um，并用编码器的回授讯号证明给你看 但实际上机构有没有动?动了多少? 这我就无能为力了 : : 编码器的解析度提升，主要的功能在於速度环频宽的拉高。 : : 用白话点来说就是这个马达加速更有力，更有贴背感(!?) : : 目标速度再快都可以追得上! : 虽然不能说你错，但实际上还真的不是这样 编码器解析度增加，的确跟控制回路的频宽有关， 但限制控制频宽的一直都不是编码器解析度，而是伺服系统本身的性能限制 还有机构条件 (一样的，机构才是真正的原因) 一套由0.5kw伺服构成的小型系统，频宽(band width)能拉到300Hz已经是惊为天人了 你怎麽会认为是编码器解析度造成系统频宽拉不上去的? 而频宽影响的也不是加速 影响马达加速能力的是马达转矩/推力 F = MA，牛顿第二运动定律不要忘了(转动系统的话，角加速度 = 转动惯量 x 转矩) 频宽影响的是系统的响应性，反应在结果上，影响的是追随性跟精度表现 编码器解析度的提升，首要目标还是要提高精度表现 虽然前面说，高解析度不等於高精度，但低解析度保证等於低精度 : : : : : 位置控制的精度要拉高，其实到位区间(Inpos)的影响远远大於其他任何参数 其实我不懂这句意思，可以更仔细解释吗? : : 而杂讯影响又远远大於一切 : : 这时通讯型的好处就出来了，通讯基本上可以当作是一个完全没有杂讯的东西 : : 但在初期(大约十来年前)，RT通讯不像现在暴力，所以通讯型的伺服反而比较慢 : : 因为那个年代的通讯时间可能只有10ms才给一次封包 : : 对於需要高速变换动作的机台而言，这个东西显得不是很够力 : : 其实一直到这几年，比较精确地讲应该是 Mechalink2 / SSCnet / EtherCAT之後 : : 大家把通讯时间一鼓作气缩到1ms以下，通讯型才在高阶伺服站稳脚步 : : 不然以前高阶都还是DSP 轴卡做全闭回路控制的天下。 : 我不懂杂讯跟通讯型之间的关系在哪?只要是数位式，理论上抗杂讯能力就可以控制得很好 而传统的脉波，其实本身就是数位讯号，差别只在掉脉波的话没人知道 通讯型保证不会掉资料就是了(会有纠错机制) 要说杂讯影响的话，指的应该是更早期的类比伺服，这种伺服的回授是类比式 编码器(是不是能叫做编码器我也不确定)本身是一颗发电机 马达旋转产生电压回授，其回授的物理意义是速度值(转速跟电压有比例关系) 这种回授很容易受到干扰影响。不知道多久以前就已经不使用了 : : : 科技进步本来就是要减少脑力消耗，这些控制元件以後一定也会越来越无脑好用 : : 电控人的精力就可以专注在其他更有价值的事情上！ : : : : : : : ※ 引述《wisdom ()》之铭言： : : : 推 syatoyan: 诚心发问 为什麽电子齿轮比害人不浅? 10/09 05:46 : : : → syatoyan: 靠调整电子齿轮比 可以藉由较高的回授脉波数 得到更精准 10/09 05:47 : : : → syatoyan: 的误差 不是可以做更精准的误差修正吗? 10/09 05:48 : : : → syatoyan: 还是说 那样得到的误差值其实是假的 实际误差还是以 10/09 05:49 : : : → syatoyan: 编码器的规格为基准? 10/09 05:50 : : : → syatoyan: 可是使用者却认为有电子齿轮比 所以我只要以最低阶的 10/09 05:51 : : : → syatoyan: 所以造成 只要使用最低阶的编码器 + 电子齿轮比设定 10/09 05:54 : : : → syatoyan: 也可以做到误差0.1mm的精准控制 这种错觉? 10/09 05:54 : : : → syatoyan: 弱弱的推测是不是这样的现象 所以电子齿轮比不好? 10/09 05:55 : : 你的观念有误，这是我说电子齿轮比害人不浅的原因之一 : : 电子齿轮比的存在原因 : : 是因为编码器解析度越来越高，使用者需求的马达转速增加 : : 但脉波发送/接收模组的反应速度跟不上造成的 : : 我们举个例子，为求容易理解 & 计算方便，我用非真实数据来解释 : : 假设编码器解析度是 360 inc/rev，意即马达每转一度，编码器可以输出一个讯号 : : (这里我不用"脉波"，是因为很多人又会被编码器脉波跟控制脉波搞混) : : 换句话说，编码器的解析度是 1度，那麽这个伺服系统能达到的理论控制精度也就是1度 : : 理论控制精度有两个函义 : : 1. 你能控制马达往前/後转1度。 : : 2. 定位精度极限理论上是 +- 1度 : : 接下来，我们要把脉波控制跟编码器"脉波"混在一起讲了 : : 理论上，以pulse chain作为控制命令，一个控制脉波 = 一个编码器脉波 : : 也就是说，驱动器接收到一个脉波，会控制马达转一个编码器单位 : : 以这里的例子，就是转1度。 : : 请注意，在这里的例子里，你是无法控制马达转0.5度或任何小於1度的角度 : : 假设你希望马达每秒转10圈(10rps = 600rpm) : : 意即你要控制脉波输出10 x 360 = 3600 Hz : : 再假设，你使用的脉波输出模组，最高的输出频率只有2k Hz(先别管哪来这麽烂的模组) : : 换句话说，在这套系统里，你无法得到你要的目标转速 : : 於是聪明的制造商，就引入了电子齿轮比这个参数 : : 电子齿轮比让控制脉波 = 编码器脉波 x 电子齿轮比 : : 换句话说，如果电子齿轮比设成 2 : : 一个控制脉波，驱动器会让马达转 2度 : : 这样的话，只要1800Hz的脉波频率，就能让马达达到600rpm的转速 : : 不改变任何硬体条件的前提下，立刻解决这个问题。 : : 请留意，这才是电子齿轮比最初设计出来的初衷， : : 只是为了解决脉波产生/接收模组的反应速度不够快的问题而已。 : : 而使用电子齿轮比会造成一个根本问题，就是你的控制精度直接下降 : : 以上面的例子，你最小只能控制马达一次转2度，控制精度会下降 : : 意即你只能控制马达走0、2、4..... 这些角度，命令无法给1、3、5.....这些度数 : : (当然定位精度不会改变，一样是 +- 1度。) : : 所以现在所有电子齿轮比的延伸应用 : : 包含用来将减速比、螺杆导程计算後导入电子齿轮比 : : 让PLC的控制单位 = 机构单位，这种作法看似让应用变得方便了 : : 实际上并不是正确的使用。 : : 而业界不仅是大教特教这种用法，还出书教你怎麽算 : : 几乎工控人都把这套方法当成圣经不容挑战了.... : : 当然很多人会说，编码器解析度这麽高，换算到螺杆精度後， : : 一个编码器解析度可能是1nm，我只需要1um的控制就好， : : 何必管设定电子齿轮比後造成的控制精度下降? 不影响使用啊 : : 这我同意，这也是电子齿轮比在应用上，这麽多年来也没有人有意见的原因。 : : 不过我说的害人不浅，不完全是应用上不合理，其实稍微不那麽低阶的驱动器 : : 都可以让你设定减速比跟螺杆导程，驱动器内部会自动帮你换算 : : 但因为根深蒂固长久以来的使用习惯，太多人已经宁愿就他原本那套电子齿轮比 : : 算好丢一个参数进去就好，也不愿意去使用正确的参数设定。此其一 : : 再者是，控制脉波跟编码器回授脉波，本质上两者是没有关系的 : : 只是在控制上，一开始为求最大控制精度 : : 自然会让控制脉波跟回授脉波 = 1:1 : : 电子齿轮比的引入，造成为数不少的工控人对这两者产生误解 : : 错误观念一久，就很难改了。 : : 很多人真的以为，控制命令(脉波)，跟编码器回授(脉波)，两者一定要有一个比例关系 : : 当使用到比较进阶的系统时，反而一直纠结在控制命令的问题上 : : 结论 : : 1. 电子齿轮比的使用会导致控制精度下降 : : 2. 没搞懂电子齿轮比的使用者一大票 : : 3. 搞懂但被电子齿轮比这个观念限制住的使用者又是一大票 : : -- :

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