伺服技術(shù)的進(jìn)步意味著客戶期望他們的伺服控制機(jī)器能以越來越高的性能運(yùn)行。一個性能指標(biāo)為機(jī)器定位精度。更好的機(jī)器精度可確保制造的零件及產(chǎn)品擁有更高的質(zhì)量。因此，精確定位是選擇或開發(fā)伺服系統(tǒng)時的關(guān)鍵要求。
精度影響因素
運(yùn)行時，系統(tǒng)的精度可能受到多個條件或因素的影響，從而導(dǎo)致性能無法接受。實(shí)例：
編碼器：此類設(shè)備本身的制造過程中，引入編碼器內(nèi)部的機(jī)械、電子或光學(xué)性能缺陷可能導(dǎo)致定位誤差。環(huán)境條件、電子噪聲也可能影響編碼器信號的質(zhì)量。
負(fù)載：機(jī)械系統(tǒng)中部件的彎曲可能引起定位誤差。
正交性：適用于通過 XY 工作臺來實(shí)現(xiàn)精確定位，X 軸與 Y 軸的行程必須完全互為直角（正交）。如果兩行行程不正交，則 Y 軸行程在 X 方向會產(chǎn)生定位誤差，反之亦然。
齒隙：齒隙是傳動裝置中輪齒嚙合齒之間的間隙函數(shù)。正常的齒隙允許齒輪嚙合而不會卡在一起，以提供潤滑空間。例如，當(dāng)絲杠螺母經(jīng)常反向轉(zhuǎn)動時，可能會產(chǎn)生過大的齒隙，從而導(dǎo)致定位誤差。
滯后：滯后誤差指由于系統(tǒng)對增加和減少的輸入信號所產(chǎn)生的不一致響應(yīng)而導(dǎo)致的實(shí)際位置與命令位置之間的差異。
誤差校正方法
要應(yīng)用最有效的方法校正定位誤差，首先應(yīng)確定錯誤是否可重復(fù)。當(dāng)目標(biāo)位置的偏差是可測量的且可重復(fù)時，可以在伺服驅(qū)動中使用某些函數(shù)或算法，以實(shí)現(xiàn)并保持必要的精度。當(dāng)定位誤差是隨機(jī)的且不規(guī)則時，通過外部設(shè)備可實(shí)現(xiàn)最佳校正。下面以CDHD2 伺服驅(qū)動器為例進(jìn)行講解。
誤差重復(fù)性
重復(fù)性是指運(yùn)動系統(tǒng)一次又一次返回到特定位置的能力。精度指當(dāng)系統(tǒng)返回到特定位置時的測量范圍值。準(zhǔn)確度指該系統(tǒng)與某一測量或真實(shí)位置的接近程度。
一般而言，通過對定義的位置進(jìn)行移動和測量的過程可以確定定位誤差的重復(fù)性。該過程可以使用外部精密反饋裝置，如激光干涉儀。
假設(shè)運(yùn)動控制器指示一個直線階段移動到特定位置。一旦運(yùn)動完成，設(shè)備便會測量該階段的實(shí)際位置。重復(fù)執(zhí)行命令運(yùn)動測量循環(huán)，直到可以確定定位誤差是否發(fā)生，如有，則確定它們是否始終相等。定位誤差可隨行程過程而變化，因此，有必要針對直線運(yùn)動系統(tǒng)中的一系列點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性測試。
當(dāng)為可重復(fù)性誤差時，它們的發(fā)生是可預(yù)測的，并且伺服驅(qū)動器固件可以提供必要的校正，同時實(shí)現(xiàn)并保持精準(zhǔn)度，而無需輔助或外部反饋裝置。
直線平臺運(yùn)動系統(tǒng)
諧波補(bǔ)償
如要考慮是否應(yīng)該對伺服控制回路進(jìn)行諧波補(bǔ)償，則電機(jī)周期內(nèi)的擾動需具備固定的模式。這表明該系統(tǒng)中存在諧波誤差。例如，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)引起的。齒槽轉(zhuǎn)矩通常出現(xiàn)于鐵芯直線電機(jī)中，因此，可以通過諧波補(bǔ)償進(jìn)行校正。
CDHD2 伺服驅(qū)動器包含一個對轉(zhuǎn)矩和反饋擾動進(jìn)行校正的諧波補(bǔ)償算法，這個擾動可能由于電機(jī)中的機(jī)械缺陷和/或反饋中的缺陷造成的。諧波校正算法可以處理直線電機(jī)中一個電機(jī)節(jié)距或旋轉(zhuǎn)電機(jī)中一個機(jī)械轉(zhuǎn)速中具有可重復(fù)模式的擾動。
在應(yīng)用算法之前，正確識別干擾源并使用正確的諧波補(bǔ)償類型也很重要。如果一個系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器反饋，且每個周期檢測到兩個干擾的模式，則很可能需要基于反饋的諧波補(bǔ)償。
諧波補(bǔ)償控制回路 – 基于扭矩
錯誤映射校正
一些可重復(fù)的定位錯誤不能通過分析表達(dá)式校正。該運(yùn)動系統(tǒng)可能會失去準(zhǔn)確性，并且只有沿著行程的幾個點(diǎn)需要補(bǔ)償。對于諸如此類錯誤，可使用外部測量裝置來生成錯誤映射表，然后驅(qū)動器可以使用該映射表來補(bǔ)償具體點(diǎn)的錯誤。
例如，線性軸上的負(fù)載位置可通過激光干涉儀來測量。為了簡單起見，我們假設(shè)該軸的行程距離為一米。驅(qū)動軟件發(fā)送一個指令，以 100mm 的間隔移動電機(jī)，使得電機(jī)在 10 個位置范圍內(nèi)移動。當(dāng)電機(jī)移動負(fù)載時，干涉儀會測量該負(fù)載行駛的距離，每個點(diǎn)均將該距離值與電機(jī)編碼器位置進(jìn)行比較。兩個值的差異即為定位誤差。
一旦生成錯誤映射，該映射將會被存儲于該驅(qū)動器的非揮發(fā)性存儲器中，并且可以在該驅(qū)動器中激活誤差補(bǔ)償。
在各點(diǎn)之間插入一個算法。在個例子中，為了將該階段移動到距離原點(diǎn) 275 毫米的位置，控制器從查找表（200 和 300 毫米）中取出最近的兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)，并計算出 275 毫米處的校正值。
可由 CDHD2 伺服驅(qū) 動器執(zhí)行的定位誤差校正方法的優(yōu)勢在于該驅(qū)動器可以根據(jù)實(shí)際位置實(shí)時檢索校正值，并實(shí)時應(yīng)用校正。一旦實(shí)施校正，該誤差就可以忽略不計，并且不需要額外的位置反饋裝置。
激光干涉儀測量行程距離
雙回路控制
為了補(bǔ)償隨機(jī)的、不可重復(fù)的誤差，直線運(yùn)動系統(tǒng)需要一種方法來檢測并警告驅(qū)動器在運(yùn)行過程中有錯誤出現(xiàn)。適用于克服非重復(fù)性誤差的有效且相對便宜的方法即在運(yùn)動系統(tǒng)中的負(fù)載上安裝第二編碼器。這個第二編碼器可以實(shí)時提供精確的反饋，從而補(bǔ)償運(yùn)動系統(tǒng)的偏差。
CDHD2 伺服驅(qū)動器中的固件擁有雙反饋控制回路。在雙回路應(yīng)用中，電機(jī)反饋用于速度控制回路和整流，而二次反饋則用于位置回路。
CDHD2 驅(qū)動器支持各種二次反饋設(shè)備，如增量編碼器和串行編碼器，以及模擬位置反饋設(shè)備。
雙回路配置需要調(diào)節(jié)二次反饋相對于電機(jī)反饋的比例，以及特定的整定方法，如圖所示。
雙反饋控制回路
這一雙反饋控制回路已經(jīng)在一系列適用于臨床成像的 GE 醫(yī)療 PET/CT 掃描儀中實(shí)施，在這種情況中，患者的臺座托架軸由滾珠絲杠機(jī)械驅(qū)動。
為了抵消 GE 掃描儀系統(tǒng)中齒隙的影響，可在該軸上連接兩個編碼器。位置反饋編碼器安裝于電機(jī)上，而二次反饋編碼器則監(jiān)測負(fù)載。雙回路控制解決方案提高了成像系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)度和定位精準(zhǔn)度。它還具備檢測負(fù)載脫離或碰撞的安全功能。
每個直線運(yùn)動設(shè)備的應(yīng)用程序均有獨(dú)特的挑戰(zhàn)和解決方案。CDHD2 驅(qū)動器的多功能性允許客戶實(shí)施某些誤差校正方法 – 如雙回路控制、諧波補(bǔ)償或錯誤映射，來實(shí)現(xiàn)最高的精準(zhǔn)度和機(jī)器性能。
來源：高創(chuàng)傳動科技開發(fā)（深圳）有限公司
（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）
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