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行。一個性能指標(biāo)是機(jī)器定位精度。更好的機(jī)器精度保證了制造零件和產(chǎn)品的更高質(zhì)量。因此，精確定位是選擇或開發(fā)伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵要求。

 

    Servotronix已經(jīng)開發(fā)了許多方法來克服定位誤差和提高機(jī)器性能，特別是對于直線運動系統(tǒng)。

 

    在運行時，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性可能會受到多種條件或因素的影響，從而導(dǎo)致不可接受的性能。例子：

 

    編碼器：在設(shè)備制造過程中引入編碼器的機(jī)械、電子或光學(xué)性能缺陷可能導(dǎo)致定位誤差。環(huán)境條件和電子噪聲也可能影響編碼器信號的質(zhì)量。

 

    載荷：機(jī)械系統(tǒng)中零件的彎曲可能導(dǎo)致定位誤差。

 

    正交性：適用于XY平臺的精確定位，X軸和Y軸的移動必須是完全直角的（正交的）。如果兩行行程不是正交的，則Y軸在X方向上的移動會引起定位誤差，反之亦然。

 

    齒輪間隙：齒輪間隙是傳動裝置中齒輪齒間的間隙函數(shù)。正常的齒隙允許齒輪嚙合而不粘在一起，為潤滑提供了空間。例如，當(dāng)螺釘螺母經(jīng)常以相反的方向旋轉(zhuǎn)時，可能會產(chǎn)生過大的間隙，從而導(dǎo)致定位誤差。

 

    滯后：滯后誤差是由于系統(tǒng)對增加和減少的輸入信號的不一致響應(yīng)而導(dǎo)致的實際位置和命令位置之間的差異。

 

    為了應(yīng)用最有效的方法來修正定位誤差，必須確定誤差是否可重復(fù)。當(dāng)目標(biāo)位置的偏差是可測量和可重復(fù)的時，可以在伺服驅(qū)動中使用某些函數(shù)或算法來實現(xiàn)和保持必要的精度。當(dāng)定位誤差隨機(jī)且不規(guī)則時，外部設(shè)備可以達(dá)到最佳校正效果。

 

    誤差重復(fù)性

 

    重復(fù)是指馬達(dá)系統(tǒng)一次又一次地回到某一特定位置的能力。精度是系統(tǒng)返回特定位置時測量范圍的值。準(zhǔn)確度是指系統(tǒng)與測量或?qū)嶋H位置的距離。

 

    一般來說，定位誤差的重復(fù)性可以通過移動和測量定義的位置來確定。該過程可以使用外部精密反饋裝置，如激光干涉儀。

 

    假設(shè)運動控制器指示一個線性相位移動到特定位置。一旦移動完成，設(shè)備測量舞臺的實際位置。重復(fù)指令運動測量回路，直到能夠確定是否發(fā)生定位誤差，如果發(fā)生，它們是否始終相等。定位誤差隨運動過程的變化而變化，因此有必要對直線運動系統(tǒng)中一系列點的重復(fù)性進(jìn)行測試。

 

    當(dāng)可重復(fù)的錯誤發(fā)生時，它們是可預(yù)測的，并且伺服驅(qū)動器固件可以提供必要的校正，同時在不需要輔助或外部反饋裝置的情況下實現(xiàn)和保持精度。

 

    直線平臺運動系統(tǒng)

 

    諧波補(bǔ)償

 

    若要考慮伺服控制回路的諧波補(bǔ)償，則電機(jī)周期中的擾動應(yīng)為固定模式。這表明系統(tǒng)存在諧波誤差。例如，電動機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩是由電動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)引起的。鐵心直線電機(jī)通常存在齒槽轉(zhuǎn)矩，因此可以通過諧波補(bǔ)償對齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行校正。

 

    高創(chuàng)新的CDHD2伺服驅(qū)動器包括一個諧波補(bǔ)償算法，用于校正由電機(jī)機(jī)械缺陷和/或反饋缺陷引起的轉(zhuǎn)矩和反饋干擾。諧波校正算法可以處理線性電機(jī)中電機(jī)螺距可重復(fù)模式的干擾或旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的機(jī)械速度的干擾。

 

    在應(yīng)用該算法之前，正確識別干擾源并使用正確類型的諧波補(bǔ)償也很重要。如果系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)變壓器反饋，并且每個周期檢測到兩個干擾模式，則可能需要基于反饋的諧波補(bǔ)償。

 

    基于轉(zhuǎn)矩的諧波補(bǔ)償控制回路

 

    誤差映射校正

 

    一些可重復(fù)的定位誤差不能用解析表達(dá)式來修正。運動系統(tǒng)可能會失去精度，只需補(bǔ)償沿行程的幾個點。對于此類誤差，可以使用外部測量設(shè)備生成誤差圖，然后驅(qū)動程序可以使用該誤差圖來補(bǔ)償特定的誤差。

 

    例如，線性軸上的負(fù)載位置可以用激光干涉儀測量。為了簡單起見，我們假設(shè)軸傳播一米的距離。驅(qū)動軟件發(fā)出指令，以100毫米的間隔移動電機(jī)，使電機(jī)在10個位置的范圍內(nèi)移動。當(dāng)電機(jī)移動負(fù)載時，干涉儀測量負(fù)載移動的距離，并在每個點將距離值與電機(jī)編碼器的位置進(jìn)行比較。這兩個值的區(qū)別在于定位誤差。

 

    生成錯誤映射后，映射將存儲在驅(qū)動器的非易失性存儲器中，并且可以在驅(qū)動器中激活錯誤補(bǔ)償。

 

    在點之間插入算法。在本例中，為了將階段從原點移動275mm，控制器從查找表中獲取最近的兩個數(shù)據(jù)點（200和300mm）并計算275mm處的校正。

 

    CDHD2伺服驅(qū)動器所能實現(xiàn)的定位誤差校正方法的優(yōu)點是，驅(qū)動器可以根據(jù)實際位置實時獲取校正值，并實時應(yīng)用校正。一旦糾正，誤差可以忽略不計，不需要額外的位置反饋裝置。

 

    激光干涉儀測量行程

 

    雙回路控制

 

    為了補(bǔ)償隨機(jī)的、不可重復(fù)的誤差，線性運動系統(tǒng)需要一種方法來檢測和警告駕駛員在操作過程中的誤差。克服不可重復(fù)誤差的一種有效且相對廉價的方法是在運動系統(tǒng)的負(fù)載上安裝第二編碼器。第二個編碼器可以實時提供精確的反饋，以補(bǔ)償運動系統(tǒng)的偏差。

 

    ServotronixCDHD2伺服驅(qū)動器中的固件具有雙反饋控制回路。在雙環(huán)應(yīng)用中，電機(jī)反饋用于速度控制回路和校正，而二次反饋用于位置回路。

 

    CDHD2驅(qū)動器支持各種輔助反饋設(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。

 

    雙環(huán)配置要求調(diào)整二次反饋與電機(jī)反饋的比例，具體設(shè)置方法如圖所示。

 

    雙反饋控制回路

 

    SeloTrONIX雙反饋控制回路已經(jīng)在一系列GGE醫(yī)用PET/CT掃描儀中用于臨床成像，其中患者的基座托架軸線由滾珠絲杠機(jī)構(gòu)驅(qū)動。

 

    兩個編碼器可以連接到軸上，以抵消GE掃描儀系統(tǒng)中的間隙。位置反饋編碼器安裝在電機(jī)上，輔助反饋編碼器監(jiān)測負(fù)載。雙閉環(huán)控制方案提高了成像系統(tǒng)的運行平穩(wěn)性和定位精度。它還具有檢測負(fù)載分離或碰撞的安全功能。

 

    每種直線運動裝置的應(yīng)用都有獨特的挑戰(zhàn)和解決方案。CDHD2驅(qū)動程序的多功能性允許客戶實施某些糾錯方法（如雙環(huán)控制、諧波補(bǔ)償或錯誤映射），以達(dá)到最大精度和機(jī)器性能。