龙门在各种各样不同的应用中扮演着重要的角色,比如基因测试,贴片组装,物料搬运等等诸多应用。龙门需要两个轴紧密协调地运动,即使微小差别的跟随误差也可能导致两个轴相互阻碍,从而降低精度,导致不均匀的运动,甚至完全阻止龙门的两个轴一起运动。集成龙门特定功能的 Copley 驱动器可帮助防止这些问题,并且简化设计和调试。
提供龙门性能的方法:
龙门通常使用集中式控制(PLC 或运动控制器)或分布式控制(主从架构)进行操作,但两种控制方式都 会有延迟产生,相比之下,双轴驱动器提供了更有效的解决方案。在 Copley 双轴驱动器中,两轴的信号同时传输,延迟仅为数百纳秒。
提升龙门精度和减小相互阻碍有多种方法,接下来我们列出它们,分别比较其准确性和有效性。
方法一:简单地同步时钟,同时将两个轴命令到同一位置,即可防止相互阻碍。该技术可用于单轴驱动器,尽管对于具有高速或高精度要求的应用无效。双轴驱动器可提供更好的性能。
方法二:并联控制电机电流可用于两轴相互较劲,机械刚性相对较强的系统中。但由于两个驱动轴读取每个轴的编码器/机械位置误差,刚性较强的龙门系统本质上会相互对抗。这尤其表现在积分增益上,并可能导致一个轴朝正方向以最大电流推动,而另一个轴则反向推动。
方法三:编码器误差校正功能(Error Correction)可提高一定行程内两轴的精度,提高两轴运动精度和减小由误差引起的相互阻碍。当合适地匹配到应用中,该技术可以非常有效。但是,其中一些应用可能难以执行。为了简化实现,所有基于FPGA 处理器的Copley Plus 系列驱动器和基于 ARM 处理器的 Copley Standard 系列驱动器都具备编码器校正功能。
伺服驱动器能达到的定位控制精度会受到编码器所能提供的位置数据分辨率和精度的影响。编码器误差可分为制造和装配过程中产生的内在误差(例如码盘误差,电子非线性误差, 偏心误差等)和安装过程中引入的外部误差(例如码盘和检测器的偏心安装)。一种方法是测量编码器误差并生成补偿值表,驱动器可使用该补偿表实时校正这些误差。Copley 驱动器正是采用了这种方法。
在双轴驱动器中执行误差校正表还会带来另一个好处,误差校正在数百皮秒内即可同时应用到两个轴。与集中式或分布式控制相比,双轴驱动器具有更低的时基抖动和更快的更新速率。
方法四:Copley 双轴驱动器内部可实现交叉解耦算法(Cross Coupling),可用于机械刚性相对较弱的系统中,确保两轴彼此跟随。#1轴的误差补偿到 #2 轴,从而引起 #2 轴调整其速度,以便与轴协调运动。最终结果是提高运动精度和减小相互阻碍的程度。
举例,如下图所示,尽管两轴已接收完全相同的运动指令,但由于机械结构、电机性能个体差异、编码器误差等原因,最终实际运行过程中,两轴还是存在较大的跟随误差不同,也就是说两轴实际上运动过程中还存在相互阻碍的现象。
接下来使用 Copley 双轴驱动器内置的的交叉解耦功能后,首先调整比例增益使得两轴跟随误差的幅值尽量接近。
然后调整积分增益,消除两轴跟随误差的稳态误差,如下图所示,可以看到运动过程中轴A和轴B的跟随误差基本已完全重合,在这种情况下,虽然双轴运动中仍有波动,但两轴波动一致,同步效果非常好。
在各种运动系统应用中,龙门发挥着至关重要的作用,以上描述的方法可以显著地影响运动系统的性能。通过利用 Copley 驱动器内置的各项专业功能,以及 Copley Controls 的应用支持,OEM 可根据自身需要,选择合适的提高龙门性能的方法,将自身的工程工作能力重点放在更具竞争优势的产品功能上,以优化运动性能。
