PLS 位置單位是什麼?

PLS單位 即編碼器的 脈波單位,以 台達A2伺服 為例,編碼器 解析度雖然有分17 bit與20 bit。但 PLS 單位都統一定為1280000 PLS/每圈,使用者無法更改。也就是當齒輪比設為1:1時,命令必須下達 1280000 個脈波,伺服馬達才會轉一圈.此單位由於解析度高,適用於驅動器底層馬達控制。然而在運動控制系統中,必須建立一個絕對坐標系,若以 PLS 做為 位置單位,不論是命令或回授,都有以下的問題:


PLS單位 說明

  1. 此單位對應到機械末端的位移量,通常都不是整數的公制單位,不容易觀察。以下圖為例,一伺服經聯軸器連接一導螺桿,編碼器的解析度為 1280000 PLS/每圈,螺桿的節距為 10mm,則每一PLS對應的長度為 0.0078125 um ,並不是整數,所以使用起來並不方便。
  2. 不同機種或不同廠牌的伺服馬達其編碼器解析度不同,更換馬達後PLS單位就不同。且一個控制系統往往不只使用一個馬達,每個馬達連接的機械結構尺寸各異,即使馬達型號相同,各軸轉一圈對應的機械位移量也不同,造成每個軸的PLS單位不同,這對多軸路徑規劃是極為困擾的!
  3. 為了馬達控制性能的提升,編碼器的解析度愈來愈高,但位置計數器的寬度通常只有32 bit,若採用 PLS單位會讓位置計數器很容易發生溢位(Overflow)。例如某一編碼器解析度為 23 bit/每圈,若初始位置為0,只需要旋轉 256圈[註1]就可令位置計數器溢位。在不允許溢位的應用(例如絕對坐標定位),機械的行程可能很長且有安裝減速機,限制馬達不可超過256圈是不切實際的。
  4. 傳統控制器是發送實體脈波給驅動器來控制伺服馬達的,若命令以 PLS為單位會造成脈波命令頻率過高,以 1280000 PLS/每圈 為例,若要達到3000 rpm :

脈波命令頻率 = 1280000 (PLS/Rev)x 3000 (Rev/min) / 60 (sec/min)
       = 64000000 PLS/sec
       = 64 MHz 

控制器很難發送如此高頻率的實體脈波,必須藉由電子齒輪比來放大倍率,使脈波命令的頻率降低。而命令放大前的單位即為 使用者單位(PUU)


[註1] 位置計數器雖然是32 位元,因為是有號數的關係所以必須扣掉1 個符號位元,最終能夠不溢位的馬達旋轉圈數 < 2 (32-1-23)= 2 8 = 256 圈


 


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