電子齒輪
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在運(yùn)動控制系統(tǒng)中，電子齒輪的實現(xiàn)方式是用電氣控制技術(shù)來代替機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，通過軟件的方法實現(xiàn)機(jī)械齒輪速比的調(diào)節(jié)功能，圖1為電子齒輪的機(jī)械模型。
圖1 電子齒輪機(jī)械模型
根據(jù)傳動比，離合區(qū)的不同，主軸帶動從軸運(yùn)動。上位機(jī)向伺服系統(tǒng)(運(yùn)動控制器)發(fā)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。
① 脈沖+方向
② CW脈沖+CCW脈沖(正脈沖+負(fù)脈沖)
③ 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(jī)的位移和方向兩個方面，伺服系統(tǒng)的位置反饋脈沖當(dāng)量(控制器輸出一個定位控制脈沖時，所產(chǎn)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(jī)每轉(zhuǎn)對應(yīng)的機(jī)械位移量等決定。當(dāng)指令脈沖單位與位置反饋脈沖當(dāng)量不一致時，就可以使用電子齒輪使二者完全匹配。
① 可以大大地簡化機(jī)械設(shè)計，實現(xiàn)多個運(yùn)動軸按設(shè)定的齒輪比同步運(yùn)動；
② 實現(xiàn)一個運(yùn)動軸以設(shè)定的齒輪比跟隨一個函數(shù)，而這個函數(shù)由其他的幾個運(yùn)動軸的運(yùn)動決定，一個軸也可以以設(shè)定的比例跟隨其他兩個軸的合成速度；
③ 電子齒輪可以任意決定一個輸入脈沖所相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)位移量，實現(xiàn)無極調(diào)速，提高系統(tǒng)的柔性，運(yùn)行更加平穩(wěn)；
④ 在電機(jī)啟動和停止時，可防止失步和過沖現(xiàn)象；
⑤ 電子齒輪的轉(zhuǎn)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(yùn)動，反之不可；
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(qū)域內(nèi)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
通過GCS.exe工具對電子齒輪的使用配置進(jìn)行詳細(xì)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(yùn)動模式（電子齒輪運(yùn)動模式）設(shè)置了電機(jī)2為從軸，電機(jī)1為主軸，主軸類型（規(guī)劃位置、實際位置、編碼器位置）可選，一般默認(rèn)規(guī)劃位置；跟隨方向（雙向、正向、負(fù)向）可選，一般默認(rèn)雙向；傳動比主軸位移（設(shè)置主軸移動位移）；傳動比從軸位移（設(shè)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(jī)械傳動系統(tǒng)中，其始端主動輪與末端從動輪的角速度或轉(zhuǎn)速的比值，就是設(shè)置主軸和從軸的位移比值的）可以隨時修改；離合區(qū)位移（必須大于0，同時不能等于1）可以改變傳動比的數(shù)據(jù)變化，從而讓跟隨過程更加平滑，離合區(qū)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(qū)域為離合區(qū)。
圖2.2.2 電子齒輪主從軸速度曲線
當(dāng)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(jī)作為主軸被跟隨運(yùn)動，電機(jī)1為電機(jī)2和電機(jī)3的主軸，電機(jī)2為電機(jī)3的主軸，根據(jù)傳動比不同，電機(jī)移動的位移也就不同。
圖2.2.3從軸作為主軸被跟隨運(yùn)動
以下為電子齒輪常用功能函數(shù)的詳細(xì)說明。
電子齒輪
函數(shù)原形 | 函數(shù)說明 |
設(shè)置Gear跟隨方向 | |
獲取Gear跟隨方向 | |
設(shè)置Gear主軸參數(shù) | |
獲取Gear主軸參數(shù) | |
設(shè)置Gear跟隨倍率 | |
獲取Gear跟隨倍率 | |
啟動Gear運(yùn)動 |
（1）設(shè)置單軸運(yùn)動速度曲線類型
NMC_MtSetPrfMode( HAND axisHandle, short mode );
參數(shù) | 輸入/輸出 | 描述 |
axisHandle | 輸入 | 軸句柄 |
mode | 輸入 | 各軸的規(guī)劃模式 #define MT_NONE_PRF_MODE (-1) // 無效 #define MT_PTP_PRF_MODE (0) // 梯形規(guī)劃 #define MT_JOG_PRF_MODE (1) // 連續(xù)速度模式 #define MT_CRD_PRF_MODE (3) // 坐標(biāo)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(bǔ) #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(biāo)系模式不需要通過NMC_MtSetPrfMode設(shè)置 |
（2）設(shè)置 Gear 跟隨方向
NMC_MtGearSetDir(HAND axisHandle, short dir);
參數(shù) | 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(fù)向跟隨：<0；< span=""> |
（3）獲取 Gear 跟隨方向
NMC_MtGearGetDir(HAND axisHandle, short* pdir);
參數(shù) | 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(fù)向跟隨：<0；< span=""> |
（4）設(shè)置 Gear 主軸參數(shù)
NMC_MtGearSetMaster(HAND axisHandle, short masterNo, short masterType);
參數(shù) | 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(guī)劃值：1； AXIS反饋值：2； 編碼器值： 3； |
（5）獲取 Gear 主軸參數(shù)
NNMC_MtGearGetMaster(HAND axisHandle, short * pmasterNo, short * pmasterType);
參數(shù) | 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(guī)劃值：1； AXIS反饋值：2； 編碼器值： 3； |
（6）設(shè)置Gear跟隨倍率
NMC_MtGearSetRatio(HAND axisHandle, long masterEven, long slaveEven, long masterSlope);
參數(shù) | 輸入/輸出 | 描述 |
axisHandle | 輸入 | 從軸句柄 |
masterEven | 輸入 | 傳動比系數(shù)：主軸位移 |
slaveEven | 輸入 | 傳動比系數(shù)：從軸位移 |
masterSlope | 輸入 | 離合區(qū)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(shù) | 輸入/輸出 | 描述 |
axisHandle | 輸入 | 從軸句柄 |
pMasterEven | 輸出 | 傳動比系數(shù)：主軸位移 |
pSlaveEven | 輸出 | 傳動比系數(shù)：從軸位移 |
pMasterSlope | 輸出 | 離合區(qū)位移：必須大于0，同時不能等于1 |
（8）啟動Gear運(yùn)動
NMC_MtGearStartMtn(HAND axisHandle, short syncAxCnts, short *pSyncAxArray);
參數(shù) | 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(shù)量 |
pSyncAxArray | 輸入 | 其他同步啟動軸的序號：0 ~ N |
/*********此處省略控制器初始化部分***********/
//函數(shù)返回值錯誤 #define RTN_ERR {if(rtn != RTN_CMD_SUCCESS){ return;}}
short rtn = 0; //設(shè)置軸二的運(yùn)動模式為電子齒輪模式 rtn = NMC_MtSetPrfMode(axishandle[1],MT_GEAR_PRF_MODE); RTN_ERR //設(shè)置雙向跟隨 rtn = NMC_MtGearSetDir(axishandle[1],0); RTN_ERR //設(shè)置跟隨軸一的規(guī)劃器 rtn = NMC_MtGearSetMaster(axishandle[1],0,1); RTN_ERR //設(shè)置傳動比5:4和離合區(qū) rtn = NMC_MtGearSetRatio(axishandle[1],5,4,2000); RTN_ERR //啟動電子齒輪運(yùn)動，當(dāng)主軸運(yùn)動時，從軸將按照設(shè)置的傳動比和離合區(qū)運(yùn)動,運(yùn)動過程中調(diào)用NMC_MtGearSetRatio可更新傳動比和離合區(qū)參數(shù) rtn=NMC_MtGearStartMtn(axishandle[1],0,0); RTN_ERR return rtn; |
① 將電子齒輪先設(shè)成1:1，為消除反向間隙的影響，確定待運(yùn)動的方向后，先沿此方向運(yùn)動一定的距離(如2毫米)；
② 坐標(biāo)、狀態(tài)清零，或使用設(shè)定值(如1000毫米)的運(yùn)動。沿剛才的方向單向移動一個距離(如1000毫米)，此距離應(yīng)足夠大(理論上越大越精確)；
③ 修改電子齒輪值后，校核運(yùn)動精度，如果滿足精度要求，則記下此數(shù)值，以備丟失時使用。如果誤差過大，則重復(fù)此操作，或?qū)ι鲜鲋颠M(jìn)行修正。注：對于使用伺服電機(jī)的用戶建議更改伺服驅(qū)動器的電子齒輪，而將系統(tǒng)的電子齒輪設(shè)置為1:1；
④ 電子齒輪一般應(yīng)使分子(主動軸)小于等于分母(從動軸)，不要分子大于分母；
⑤ 如果使用交流伺服，盡量將控制系統(tǒng)的電子齒輪設(shè)置為1，而改變伺服驅(qū)動器的電子齒輪設(shè)置；
⑥ 電子齒輪的分子、分母均不能為零、負(fù)數(shù)或小數(shù)；
⑦ 電子齒輪可對絲杠、齒條的線性誤差進(jìn)行線性的補(bǔ)償；
⑧ 系統(tǒng)的電子齒輪可與步進(jìn)驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)、伺服電機(jī)的電子齒輪結(jié)合在一起修改。從而保證電子齒輪的比不超過1。總之，系統(tǒng)以設(shè)定的高速運(yùn)行時，其輸出的高頻率應(yīng)<150khz。否則將出現(xiàn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象；< span="">
⑨ 當(dāng)使用步進(jìn)電機(jī)，且電子齒輪比為1:1時，系統(tǒng)運(yùn)動過程中的振動、噪音將降低，否則有可能出現(xiàn)一定的振動或噪音；
⑩ 電子齒輪比的倒數(shù)為脈沖當(dāng)量:系統(tǒng)發(fā)出一個脈，機(jī)械實際運(yùn)動的距離(單位:微米)；
11 在函數(shù)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(biāo)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(guān)注頭文件，在里面做了詳細(xì)的注釋；
13 如有其他疑問，請聯(lián)系技術(shù)。
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