伺服驱动器位置控制中的“电子齿轮”

伺服驱动器生产商给出的电子齿轮的表达式为分数，其分子和分母分别被定义为两个可以设定的用户参数：

一．负载转速电机转速（俗称速比）习惯上这是由机械角度考虑决定的，但是由于它是电子齿轮的组成部分，在数值上应尽量选取整数，这一点对于旋转工作台类机械而言尤为突出。

二．负载轴转一周的移动量对于不同工序要求的机械系统，负载轴一转完成的移动量不一样，丝杆类行进的是螺旋长度；圆台类旋转的是一周角度；传送类则是负载轴的周长，等等。它是设备功能决定的，选择余地不大。

三．伺服电机编码器分辨率编码器是伺服电机乃至伺服系统精确定位的关键部件，因为伺服电机接收脉冲每旋转一个角度，编码器就会发出对应数量的脉冲，回馈给伺服驱动器，与伺服电机接收的脉冲形成呼应，称为闭环。有了这种环节，伺服控制系统就会对发出和收回脉冲数量予以比较、调节，很精确地控制伺服电机的转动，从而达到精确定位。编码器分辨率表示了伺服电机旋转一周的位移量转换成数字脉冲信号数量的数值，显然这个数值越高，表示每转发出的数字脉冲越细分，检测精度也会相应提高。当然它是与伺服电机一体安装的，用户在选择伺服电机时配套考量。

四．每指令脉冲对应的移动量这个数值由用户自行选择，是体现电子齿轮变速作用的关键数据，笔者多年来分别使用过三菱系列伺服放大器和安川型伺服单元，体会到这个指令单位的取值极重要，它直接影响"电子齿轮"比值，需要结合机械和电气设计综合考虑，兼顾下列因素：

1.最高输出速度

在机械减速器已确定的前提下，受上位机或伺服驱动器最高输出频率的限制，指令单位的取值直接影响负载轴能输出的最高转速，成正比趋势。使用三菱FX系列plc分别与三菱及安川伺服驱动器组成系统，用于分切输送机械，曾计算指令单位取值与负载线速度的关系如下：
可以看出：指令单位越小，负载线速度越低；上位机频率越低，负载线速度相应也低。折算成输出轴速度有同样比例关系。

2.定位精度显然指令单位取值越小，相当于脉冲当量越细分。比如，指令单位取值由缩小倍成，相当于在一个脉冲宽度内位移由修改成。换言之，原来一个脉冲的位移，现在要十个脉冲来完成，其相对定位精度自然会比修改前高。

由此可以看出，当其他条件不变的前提下，指令单位取值对机械系统的速度和精度有着密切关系，伺服系统为用户提供数字控制平台，而用户则应在满足设备加工要求前提下，最大限度地在速度和定位精度两者寻求恰当数值。三菱系列伺服放大器还拓宽了电子齿轮的应用选择空间；另外提供三个扩展参数，作为电子齿轮的分子数据，可以通过驱动器两个输入端子功能设置，由编程组合成四种"电子齿轮"，更增加变速范围。

从电子齿轮的数值结构可以看出，作为分子分母的两个用户参数是整数，然而它必须通过公式演算化简，因此各有关数据取值时应充分考虑计算、化简的可能性，便于取舍。

为了确保伺服系统正常运行，制造商会对电子齿轮的比值范围作出限制，并且提醒用户，如果超出限制范围会产生可能的后果，比如发出异常噪音；不能按照设定的速度或加减速时间常数运行；甚至影响定位精度，等等，一旦出现这些情况须在减速机速比、负载位移量（周长、角度、行程）及指令单位取值等方面厘清主次，寻求平衡。