專注、專業,提升整體直驅技術應用水平

文:ACS運動控制(中國)2023年第四期

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

  針對旋轉電機的驅動技術與針對直驅電機(這里只談直線電機DDL、DDR、VC)的驅動技術在開發上有很大的區別,旋轉 伺服電機一般是通過聯軸器、絲杠(絲桿)等和負載相連,總體上,應用以速度低于1米/秒和精度以絲級為主,中間的機械過渡較 多,絲杠運動系統由于剛性高,機械響應較慢,速度相對來說也較慢,因此容易控制,控制算法比較簡單。直驅系統場景中(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,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系統產生擾 動,從而對電機運行產生影響,引起機械振動等系統不穩定因素,因此直驅系統的控制算法更難,對控制算法的要求更高,尤其是 在多軸系統的運行中,軸與軸之間所產生的擾動會非常大,加上直驅系統的應用機械模型較為復雜,如何更好地把機械結構與電機 控制系統結合在一起,是直驅伺服驅動技術的開發重點,同時對研發人員的要求也提高了。

  國內現階段大部分直驅應用場景更多的是單軸運動或者低精度定位(5-20微米)系統,經過這幾年的發展,市場已非常“內 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常供貨不及。表面上給人感覺直驅要替代絲杠了,但實際上,直驅 技術并非是對旋轉電機+絲杠系統的簡單替代,而是一種進化。直驅技術需要根據各種實際應用場景,搭建起與之相適應的模型, 畢竟直驅技術的初衷是以高速、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 可以通過優化機械結構來提升性能,還得有特殊手段和控制算法來補償和消除機械設計或裝配上的不足導致的精度或性能的不夠。

  例如,在高速、高精度應用的龍門雙驅控制系統中,雖然各家廠商都統稱龍門算法,但由于面對的應用市場不同,使得目前 不同廠商的開發理念也各不相同。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、動力學算法等先進技術,以實現雙驅電機龍門、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(取決于產品線)。在這一應用中對于驅動器的要求較高,而這也得益于ACS公司迄今20多年來在驅控一體 化技術上的研發積累。ACS驅控一體化系統里包涵上下層各種軟硬件、診斷工具、調試工具等,是一套龐大的系統工程,針對多軸 疊加系統,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,從中獲得恰當的伺服增益、濾波等相關參數,最終保證 整體系統的高速、高精度性能,減少導軌磨損度,降低機器的耗電量,對高性能設備的開發人員易用性也非常友好。

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

  近幾年,國內直驅技術市場高速發展,直驅系統的應用優勢被越來越多行業人士所認知,但仍需要有想法的中小企業瞄準高 精尖應用(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域加大融合開發力度,專注、專業,持續增加 技術儲備,提升整體直驅技術的應用水平。同時,在行業內部,也迫切需要制定行業標準和規范,提高市場準入“門檻”,共同促 進直驅行業的長期健康、良性發展。

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