專注、專業(yè),提升整體直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用水平

文:ACS運動控制(中國)2023年第四期

導(dǎo)語:針對旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動技術(shù)與針對直驅(qū)電機(這里只談直線電機DDL、DDR、VC)的驅(qū)動技術(shù)在開發(fā)上有很大的區(qū)別,旋轉(zhuǎn) 伺服電機一般是通過聯(lián)軸器、絲杠(絲桿)等和負載相連,總體上,應(yīng)用以速度低于1米/秒和精度以絲級為主,中間的機械過渡較 多,絲杠運動系統(tǒng)由于剛性高,機械響應(yīng)較慢,速度相對來說也較慢,因此容易控制,控制算法比較簡單。

  針對旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動技術(shù)與針對直驅(qū)電機(這里只談直線電機DDL、DDR、VC)的驅(qū)動技術(shù)在開發(fā)上有很大的區(qū)別,旋轉(zhuǎn) 伺服電機一般是通過聯(lián)軸器、絲杠(絲桿)等和負載相連,總體上,應(yīng)用以速度低于1米/秒和精度以絲級為主,中間的機械過渡較 多,絲杠運動系統(tǒng)由于剛性高,機械響應(yīng)較慢,速度相對來說也較慢,因此容易控制,控制算法比較簡單。直驅(qū)系統(tǒng)場景中(通常 需要一定精度或超高精度,從微米到納米的精確定位,或高速及高加速的多軸運動應(yīng)用場景),電機基本上都是直接與負載相連, 中間沒有任何傳動機構(gòu),如果機械精度不夠或者裝配不恰當,以及加上負載后剛度不夠,這些機械不確定性都會對直驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)生擾 動,從而對電機運行產(chǎn)生影響,引起機械振動等系統(tǒng)不穩(wěn)定因素,因此直驅(qū)系統(tǒng)的控制算法更難,對控制算法的要求更高,尤其是 在多軸系統(tǒng)的運行中,軸與軸之間所產(chǎn)生的擾動會非常大,加上直驅(qū)系統(tǒng)的應(yīng)用機械模型較為復(fù)雜,如何更好地把機械結(jié)構(gòu)與電機 控制系統(tǒng)結(jié)合在一起,是直驅(qū)伺服驅(qū)動技術(shù)的開發(fā)重點,同時對研發(fā)人員的要求也提高了。

  國內(nèi)現(xiàn)階段大部分直驅(qū)應(yīng)用場景更多的是單軸運動或者低精度定位(5-20微米)系統(tǒng),經(jīng)過這幾年的發(fā)展,市場已非常“內(nèi) 卷”,價格幾乎快接近同等精度的絲杠,而且絲杠有段時間還經(jīng)常供貨不及。表面上給人感覺直驅(qū)要替代絲杠了,但實際上,直驅(qū) 技術(shù)并非是對旋轉(zhuǎn)電機+絲杠系統(tǒng)的簡單替代,而是一種進化。直驅(qū)技術(shù)需要根據(jù)各種實際應(yīng)用場景,搭建起與之相適應(yīng)的模型, 畢竟直驅(qū)技術(shù)的初衷是以高速、高精度及快速整定等為主要訴求,需要考量多軸運動時軸與軸、軸與負載等之間的各種擾動,除了 可以通過優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)來提升性能,還得有特殊手段和控制算法來補償和消除機械設(shè)計或裝配上的不足導(dǎo)致的精度或性能的不夠。

  例如,在高速、高精度應(yīng)用的龍門雙驅(qū)控制系統(tǒng)中,雖然各家廠商都統(tǒng)稱龍門算法,但由于面對的應(yīng)用市場不同,使得目前 不同廠商的開發(fā)理念也各不相同。為了更大程度地提高控制性能(精度,速度以及整定),ACS高級龍門算法采用了交叉解耦算 法、動力學(xué)算法等先進技術(shù),以實現(xiàn)雙驅(qū)電機龍門、雙反饋的自動控制算法功能,既可支持控制剛性龍門,也可支持柔性龍門,且 無需依賴額外的控制器(取決于產(chǎn)品線)。在這一應(yīng)用中對于驅(qū)動器的要求較高,而這也得益于ACS公司迄今20多年來在驅(qū)控一體 化技術(shù)上的研發(fā)積累。ACS驅(qū)控一體化系統(tǒng)里包涵上下層各種軟硬件、診斷工具、調(diào)試工具等,是一套龐大的系統(tǒng)工程,針對多軸 疊加系統(tǒng),它能夠通過智能化軟件對各種運動軸和軸之間的擾動進行分析,從中獲得恰當?shù)乃欧鲆?、濾波等相關(guān)參數(shù),最終保證 整體系統(tǒng)的高速、高精度性能,減少導(dǎo)軌磨損度,降低機器的耗電量,對高性能設(shè)備的開發(fā)人員易用性也非常友好。

  今年, ACS推出了經(jīng)濟型控制模塊系列新品ECMdx,它是集成交流輸入雙軸驅(qū)動器的驅(qū)控一體化產(chǎn)品,可通過兩個高精度運 動平臺軸對OEM設(shè)備實施經(jīng)濟高效的控制,相對于旗艦版SPiiplus體現(xiàn)出良好的性價比優(yōu)勢;另一款新品是IDMdx多軸驅(qū)動器, 其 特點是可接入第三方EtherCAT運動控制器,增強了系統(tǒng)的開放性。此外,我們的UDMdx是一款單/雙軸驅(qū)動器產(chǎn)品,旨在優(yōu)化旗艦 版系統(tǒng)高精度運動平臺的性能及性價比。

  近幾年,國內(nèi)直驅(qū)技術(shù)市場高速發(fā)展,直驅(qū)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢被越來越多行業(yè)人士所認知,但仍需要有想法的中小企業(yè)瞄準高 精尖應(yīng)用(雖然這是個苦活,也是個累活),在控制算法、電子及機械工程等研究領(lǐng)域加大融合開發(fā)力度,專注、專業(yè),持續(xù)增加 技術(shù)儲備,提升整體直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用水平。同時,在行業(yè)內(nèi)部,也迫切需要制定行業(yè)標準和規(guī)范,提高市場準入“門檻”,共同促 進直驅(qū)行業(yè)的長期健康、良性發(fā)展。

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