伺服系统中直线运动系统如何精确定位?

发布日期:2022-09-05 浏览次数:17


伺服系统中直线运动系统如何精确定位?

 
伺服技术的进步意味着客户期待以更高性能提高伺服控制装置的性能。一个性能指标是机器的定位精度。更好的机械精度可以保证制造的零件和产品的质量。因此,在选择或开发伺服系统时,正确定位是重要的要求。
 
1. 引言
 
线运动系统。运行时,系统的精度可能受到多个条件或因素的影响,从而导致性能无法接受。
 
误差因素分析  
 
编码器:此类设备本身的制造过程中,引入编码器内部的机械、电子或光学性能缺陷可能导致定位误差。环境条件、电子噪声也可能影响编码器信号的质量。
负载:机械系统中部件的弯曲可能引起定位误差。
正交性:适用于通过 XY 工作台来实现精确定位,X 轴与 Y 轴的行程必须完全互为直角(正交)。如果两行行程不正交,则 Y 轴行程在 X 方向会产生定位误差,反之亦然。
齿隙:齿隙是传动装置中轮齿啮合齿之间的间隙函数。正常的齿隙允许齿轮啮合而不会卡在一起,以提供润滑空间。例如,当丝杠螺母经常反向转动时,可能会产生过大的齿隙,从而导致定位误差。
滞后:滞后误差指由于系统对增加和减少的输入信号所产生的不一致响应而导致的实际位置与命令位置之间的差异。
 
为了应用最有效的方法来校正定位误差,首先确定错误是否可重复。当目标位置的偏差可测量且可重复时,可以将若干功能或算法用于伺服驱动器以实现和维护所需的精度。当定位误差随机不规则时,外部设备可以实现最佳校正。
 
2. 误差重复性
 
迭代意味着运动系统多次回到特定位置的能力。精度在系统返回到特定位置时表示测量范围值。精度表示系统接近测量或实际位置。
通常,定位误差的再现性可以通过移动预定位置并测量来确定。该过程可以使用外部精度反馈设备,例如激光干涉仪。
假设运动控制器指示直线相位移动到特定位置。移动完成后,装置会测量舞台的实际位置。请重复命令运动测量周期,直到你确定是否发生定位错误,否则他们总是相等的。这个位置偏差根据行驶过程而变化。因此,有必要测试线性运动系统中一系列点的再现性。
在发生可再现性错误的情况下,其发生是可预测的,并且伺服驱动固件可以在没有辅助或外部反馈设备的情况下实现和维持精度的同时提供必要的校正。
 
3.谐波补偿
 
需要考虑是否应对谐波补偿伺服控制环路时,马达循环的干扰必须是固定模式。这表明系统有谐波误差。例如,马达的齿形转矩是由电机的机械结构引起的。银扭矩通常由铁芯线性马达产生,可通过谐波补偿进行校正。
谐波校正算法可应对线性马达的电机间距或旋转马达的机械速度下具有可重复模式的干扰。
在应用算法之前,正确识别干扰源,并使用正确的谐波补偿类型也是重要的。当系统采用旋转变压器反馈并且在每个循环中检测到两个干扰模式时,需要基于反馈的谐波补偿。
 
4. 错误映射校正
 
一些可重复的定位错误不能通过分析表达式校正。该运动系统可能会失去准确性,并且只有沿着行程的几个点需要补偿。对于诸如此类错误,可使用外部测量装置来生成错误映射表,然后驱动器可以使用该映射表来补偿具体点的错误。
 
例如,线性轴上的负载位置可通过激光干涉仪来测量。为了简单起见,我们假设该轴的行程距离为一米。驱动软件发送一个指令,以 100mm 的间隔移动电机,使得电机在 10 个位置范围内移动。当电机移动负载时,干涉仪会测量该负载行驶的距离,每个点均将该距离值与电机编码器位置进行比较。两个值的差异即为定位误差。
 
一旦生成错误映射,该映射将会被存储于该驱动器的非挥发性存储器中,并且可以在该驱动器中激活误差补偿,如下所示。
 
电机编码器位置 外部测量位置 校正值
0 0 0
100 99 1
200 202 -2
300 300 0
400 400 0
500 500 0
 
在各点之间插入一个算法。在这个例子中,为了将该阶段移动到距离原点 275 毫米的位置,控制器从查找表(200 和 300 毫米)中取出最近的两个数据点,并计算出 275 毫米处的校正值。
可由 CDHD2 伺服驱动器执行的定位误差校正方法的优势在于该驱动器可以根据实际位置实时检索校正值,并实时应用校正。一旦实施校正,该误差就可以忽略不计,并且不需要额外的位置反馈装置。
 
5. 双回路控制
 
为了补偿随机的、不可重复的误差,直线运动系统需要一种方法来检测并警告驱动器在运行过程中有错误出现。适用于克服非重复性误差的有效且相对便宜的方法即在运动系统中的负载上安装第二编码器。这个第二编码器可以实时提供精确的反馈,从而补偿运动系统的偏差。
在双回路应用中,电机反馈用于速度控制回路和整流,而二次反馈则用于位置回路。
CDHD2 驱动器支持各种二次反馈设备,如增量编码器和串行编码器,以及模拟位置反馈设备。
双回路配置需要调节二次反馈相对于电机反馈的比例,以及特定的整定方法。
 
6. 双反馈控制回路
 
两个编码器可以连接到轴以抵消GE扫描系统的反斜率的影响。位置反馈编码器安装在电机上,二次反馈编码器监视负载。双循环控制方案提高了摄像系统的动作稳定性和定位精度。另外,还具有检测负荷剥离和碰撞的安全功能。
每个线性运动设备应用程序都有特定的课题和解决方案。CDHD2驱动器的灵活性允许顾客执行一些纠错方法,如双回路控制、谐波补偿或错误映射等,以实现最高精度和机械性能。