我有一个在伺服系统中使用有刷电机的机器人。这些是具有131:1行星齿轮箱的Maxon 3W电动机。电机由运行1kHz PID控制器的PIC微控制器控制。伺服系统适用于低速高扭矩应用。传感器与电机之间存在很大的反冲。

Maxon提供相同尺寸的12W无刷电机。这些在许多方面都更好:扭矩增加了一倍,散热更好,效率更高。

显然,问题在于它们需要更复杂的驱动电子设备。另外,我听过很多人提到有刷电机更适合伺服应用,尽管他们从来没有解释原因。

有没有其他人实现过这种系统?
使用有刷电机作为伺服器时是否有麻烦?
如果我只有3个集成数字霍尔传感器而没有编码器,是否可以低速伺服? (由于金钱和空间成本的原因,我宁愿不添加编码器)
扭矩波动可能是一个问题吗?


#1 楼

有刷电机对于伺服系统更容易,但并非更好。许多高端伺服系统都是无刷/交流电。

仅通过3个霍尔传感器就可以以低速控制电动机。您真的不希望梯形换向,特别是在低速时,因此可以添加编码器或在必要时估计转子位置。

仅霍尔/电流传感器可以估计转子位置,但是如果有很多外部干扰无法很好地发挥作用。

扭矩波动不太可能成为问题,当然,这取决于您的应用。更高级的换向方法(正弦波或磁通矢量)从根本上消除了转矩脉动。

您说的是低速应用,但同时也使用131:1变速箱。电机通常看到什么转速?如果电动机以其额定RPM的30%+运行,则它并不是真正的低速应用。经过大幅降低后,即使霍尔传感器也具有很高的分辨率,因此您可能并不需要马达本身的低速性能。

恕我直言,鉴于您当前的系统在传感器和马达之间存在很大的反冲力,我无法想象即使在霍尔/梯形换向的情况下,无刷系统也会变得更糟。

评论


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感谢您的回答。电动机的速度范围从全速,一直到零。有时,电动机需要进行大幅度的快速运动,而有时则需要进行微小或非常缓慢的运动。
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– Rocketmagnet
2012年11月2日,9:16

#2 楼

在工业上,与维护保养相对较高的有刷电动机相比,维护保养低廉的无刷电动机具有强烈的优势。尽管前者在电机本身和驱动电子设备方面可能会更昂贵,但长期维护成本的减少通常会抵消额外的资本成本。

如user65所建议,您可能需要正弦换向可避免低速时的转矩脉动,具体取决于系统的设计方式和速度控制的精确程度。

本文对...有一些有趣的信息交换方法,可能有用。

最终,我认为避免使用编码器是一种错误的经济方式。

与大厅不同,它们具有独特的优势优点是它们与电动机的旋转无关-即它们不必在电动机轴上旋转。您可以将它们放置在齿轮箱的负载侧,这将使您能够量化齿轮箱中齿隙的精确影响。

这将使您可以在软件中执行齿隙补偿,双运行伺服回路(一个用于反向间隙补偿的位置跟踪,另一个用于更快速的速度控制),通常在高速和低速下对系统进行更精确的控制。

评论


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关于编码器:令人讨厌的是,我们的系统遭受高度可变的反冲。它可以在负载行程的0%到60%之间变化!如果不对机器人的性质进行根本改变,我们将无能为力。
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– Rocketmagnet
13年2月3日在23:11

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@Rocketmagnet-大概您的大部分动作是从旅行的一端到另一端?如果您的出行少于旅行的60%,我将看不到您怎么知道自己在哪里。至少如果添加编码器,即使您不知道要转动多少电机才能到达其他地方,也可以知道您的位置。您是否已发布有关机器人的任何内容?我有兴趣阅读更多有关它的内容。
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– Mark Booth♦
13年2月4日,下午1:35

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在我们的机器人上,我们的负载(在反冲后)有模拟位置传感器,因此我可以进行合理的位置控制。而且我们在电动机输出端(反冲之前)有扭矩传感器,因此我至少可以快速驱动电动机,直到感觉到反冲被消除为止。尽管如此,我还是非常希望不要有任何强烈反对。
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– Rocketmagnet
13年2月5日,11:50

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@Rocketmagnet-我们不是全部。 * 8')这就是为什么我喜欢使用直接驱动直线电机,所以您唯一真正的问题是齿槽效应,并且可以解决。顺便说一句,您是否每个轴只有一个电动机,并且您是否考虑过加倍并让一对这样的高背隙执行器反向工作?我想这就是在右手中如何使用您的空气肌肉。
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– Mark Booth♦
13年2月5日在13:10



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我的梦想是使用直接驱动电机。可悲的是,目前还没有其他限制。每个轴有一个电动机。每根肌腱一台电动机可以消除间隙,但会大大增加重量,成本和尺寸。
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– Rocketmagnet
13年2月5日在16:30