高创传动：直线伺服驱动器前沿技术与发展趋势

您所在的位置：网站首页 › 直线电机行业 › 高创传动：直线伺服驱动器前沿技术与发展趋势

高创传动：直线伺服驱动器前沿技术与发展趋势

2023-07-24 05:41| 来源: 网络整理| 查看: 265

高创传动：直线伺服驱动器前沿技术与发展趋势-- -- 2021年中国运动控制/直驱产业高峰论坛系列报道

时间：2022-01-11

来源：中国传动网

导语：12月28日，由中国传动网主办，一年一度的“我们的工控黄金十年--2021中国运动控制/直驱行业发展高峰论坛”活动在深圳宝安顺利举行。来自运控/直驱行业的500多名业界人士汇聚一堂，激荡脑力风暴，从产业上下游、市场、技术、人才培养的角度出发，共同探讨行业当下与未来发展、企业策略与战略新思维，共谋智造未来。

在直驱论坛上，高创传动科技开发（深圳）有限公司技术经理宋宁一发表题为《直线伺服驱动器前沿技术与发展趋势》的演讲，深入介绍直驱技术特点及控制难点，分享了高创直驱产品的行业应用经验。

现在直驱电机应用越来越广泛，特别是在高精度、高速度要求的场景，对直线电机的需求都非常高，每年都会有很大的增长，同时直驱电机的制造成本也在持续下降。

　　一、直驱电机优缺点：

　　针对直驱电机，跟传统丝杆模组相比有一些优点：

　　首先，运动速度快;

　　第二，摩擦力小;

　　第三，系统刚性强，机器的负载直接连接在电机动子或转子上;

　　第四，结构简单，传统的伺服为了提高它的精度通常加第二编码器，对于直驱电机来讲，一个编码器即可实现它的高精度，同时它的运行时间更长，精度更好;

　　第五，精度高，寿命长。

　　相对而言，直驱电机也有一些短板：

　　第一，成本较高;

　　第二，摩擦力小，需要更好的算法来计算控制精度;

　　第三，需要更高增益及抑制振动算法支持;

　　第四，整定时间要求高;

　　第五，需要高分辨率及高精度编码器。

　　典型直驱电机的应用场景，比如半导体设计、在检测设备、AOI或者视觉检测领域都需要很高的精度控制，在焊线机、平板显示、3C电子、CNC机床、光伏、高速搬运都有很好的运用。

　　高创产品应用.jpg

　　二、直驱电机控制要求及难度

　　当然，直驱电机对于设备的控制还提出了很多的要求和难度：

　　由于高速要求，整定时间短，例如焊线机的应用上，所以控制上一定要在最短的时间内让电机整定下来。

　　在一些激光领域或者检测领域，要求运行过程中特别平稳，不管是速度的波动还是运行的位置误差，都要求较高。针对一些特殊的场景，比如激光或者视觉检测，需要位置触发输出功能,随着结构越做越大，如龙门架构，需要两个轴带动同一个平台，驱动器控制上要实现龙门传动的功能。

　　针对以上要求，高创CDHD2开发了一些对应算法来适应这些场景，包括非线性HD控制和基于频域线性响应的HDM控制。　　

高创CDHD2.png

HD控制方式

　　传统的控制方案一般是串行结构，包括电流环、速度环和位置环的三环串行结构，这些控制方式有一些固有的误差难以避免，增加前馈的时候会增加它的超调和整定时间。为此，高创把速度环和位置环合二为一，形成了非线性的控制。速度环与位置环的合二为一通过增益矩阵的方式来自动适应误差，根据系统的误差和速度来调整增益，实现最小的阻尼，最小的跟踪误差，达到最好的整定效果。

　　直驱电机在高速运动时，不可避免会造成抖动的现象，闭环抑制震动，发生初期就要响应抑制它的震动，还有主动阻尼来尽量减少它的震动发生。

　　HDM控制方式

　　针对一些复杂的控制场景，比如CNC、激光等领域，通常对于过程中的要求比较高，机台的共振点和机械特性都可能不太一致，基于这样的情况开发了HDM的控制方式，该控制方式基于多项式的线性控制方式和频率响应进行自动调试。

　　第一步，对机台系统进行扫频：给机台系统注入扫频电流白噪声，设置它的扫频范围。通过频率响应就可以得到整个机台或者机器的带宽，同时得到它开环的波特图，上面是它的幅值，下面是它的相位，得到整个控制上的频率响应。

　　下图为扫频后的波特图：

波特图.png

　　第二步，建模：根据这个频率响应可以看到系统不同的共振点，就需要软件来拟合，把实际响应用算法曲线来进行拟合，得到系统机械上的一个模型。然后设置共振点，根据共振点设置零极点数目，可以得到拟合后的曲线。

　　拟合后的曲线如下：

　　拟合后的曲线.png

　　第三步根据拟合后的曲线，一键生成对应控制参数，包括自动添加相应滤波器，然后根据闭环特性及实际效果进行微调，从而得到最好或者最优化的控制。调试时应尽量避免不稳定的区域，既要提高稳定性，又需提高带宽。

控制参数.png

　　龙门功能

　　随着控制的发展，负载量增大，在很多场景涉及到越来越多龙门的控制方式，针对这样的情况，高创提出了龙门控制的方式，采用双轴交叉耦合的方式，一个轴作为主轴，控制两个电机的前进和后退，另外一个轴作为从轴，同时监控两个轴的偏差，根据偏差实时调整，输出给两个轴不同的电流，实现两个轴的同步，两个轴的通信是采用10MB/S的通信速率。

　　高创龙门功能特点：

　　1. 两轴同步

　　2. 减少30%电流输出

　　3. 支持柔性和刚性龙门

　　高创龙门.png

　　误差补偿功能

　　在直线电机行业，定位精度一般易于达到，提高其绝对精度要有补偿，高创驱动内置误差补偿表，支持直线和旋转电机补偿，可补偿点位达1000多个，同时可采用激光提供补偿值，能极大提高直线电机定位精度，满足客户高精度场景需求。

　　定位精度.png

　　目前行业都在讨论技术是没有止境的，高创也一直在探索未来的发展变化。

　　三、高创产品应用

　　客户的市场变化对工控企业要求越来越高，要产品易用、精度高、稳定性好。同时客户和市场的时刻变化导致产品种类更新也越来越快，我们的产品需要不断适应客户的需求，技术也要不断进行迭代升级。

　　在机器人领域直驱电机已有广泛应用，这对我们提出了更高的要求，机器人的抖动是无法一直抑制的，对于机器人行业，我们一直在思考如何优化控制方式。

机器人领域直驱电机2.png

机器人领域直驱电机1.png

　　环线是一个比较好的方式，这个控制方式与之前的模组电机不太一样，之前运动的部分是线圈，磁铁是定子，上面是磁铁在运动，下面的线圈是固定的。针对这样的情况需要驱动器、控制器和编码器整合到一起，实时监控上面运动部分的位置来达到一个很好的控制。上面定子在走的时候，下面要分别控制它不同线圈的显示模式。所以未来的趋势，更强大的驱动器和控制器将会越来越融合，对于这种自动调试的要求越来越高，可以帮助客户更好地使用我们的设备。

　　驱控一体1.png