PUU 位置單位 觀念說明

在運動控制系統中,包含許多位置計數器,來紀錄機械當時的位置,命令與誤差。以 PLS 做為單位並不適合,(原因請參考 連結)。因此必須引入新的位置單位 ,稱為 使用者單位 PUU(Pos  of  User  Unit) ,在傳統以脈衝作為位置命令的系統稱為 脈衝當量,表示一個脈衝對應的移動距離,由於目前控制系統可透過通訊發送命令,沒有實體脈衝,使用者可更加自由的設定想要的位置單位,稱為 使用者單位 PUU。 PUUPLS 的關係即為電子齒輪比(N/M),如下所示:

PUU(數目/每轉)  *  N/M (電子齒輪比 分子/分母)=   PLS(數目/每轉)


PUU 使用者單位 說明

電子齒輪比左側,屬於控制系統,採用PUU單位。齒輪比右側,屬於驅動器內部,採用PLS單位[註1]。兩側都各有位置回授(FB),命令(CMD)與誤差(ERR)。且滿足 ERR = CMD – FB。


[註1],藉由提升編碼器的解析度(目前已達 24 bit/Rev),可讓位置分辨率與低轉速的速度估測更精確。驅動器的目標是讓馬達控制的性能最佳,自然是直接以PLS單位來處理為佳!


使用PUU單位的主要優點:

1,方便觀察   由於我們感興趣的是機構末端的位置,而不是馬達軸所在的位置!通常使用者選擇常用且易於觀察的單位,例如公制長度單位(m) 或角度(°).作為 PUU 代表的單位:

  • 直線運動的機構:PUU通常定義成 10um 或 1um 或 0.1 um。
  • 旋轉運動的機構:通常機構一週定義成 360000個PUU 或再補若干個0,讓PUU等於0.001度或更細。也可以定義旋轉一週為 100000PUU,如此一個PUU即表示 1/100000 圈。

如此PUU就是常用單位的千分之一或萬分之一,很容易由PUU直接理解機構實際的位置。

2,單位統一    在控制系統中往往不只一個馬達,每個馬達連接的機械結構尺寸各異,馬達型號或編碼器解析度也許不同,各軸轉一圈對應的機械位移量就會不同,使每個軸的 PLS單位不同。運動控制器在做路徑規劃時各軸的位置單位必須要統一才會方便!使用PUU 便可以滿足此要求。

      由於 編碼器解析度通常很高(例如 20 bit/rev),PLS單位太細,因此電子齒輪比通常會遠大於1,來降低PUU 的解析度。這樣可以讓 控制系統的位置計數器 比較不容易溢位。但也要注意 電子齒輪比太大的時候,會造成馬達運轉命令不夠平滑,尤其是低轉速下的抖動會很明顯,甚至有走走停停的現象。一般建議 馬達一轉對應的 PUU 數目 宜在 5000 PUU/rev 以上為佳!

若以台達A2伺服馬達為例,PLS單位是 1280000 PLS/rev,則電子齒輪比設定的最大值應為?

因爲   PUU數目/rev = 1280000 PLS/rev  *  M/N (電子齒輪比 倒數)> 5000  (PUU/rev)
所以 電子齒輪比  N/M <   1280000/5000
電子齒輪比     N/M <    256

PUU 與齒輪比的優先順序:

由以上分析得知,PUU 是根據我們的喜好或需求選定的,所以應該是先決定 PUU 單位,然後再算出對應的齒輪比!這個順序不應該顛倒,畢竟伺服是為人們提供服務的,不該讓使用者被動的接受奇怪的 PUU單位!計算 齒輪比的方法 可以參考:由機構末端反推電子齒輪比



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