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直线运动系统中的定位误差校正

2017/9/11 15:14:04     供稿:高创传动科技开发(深圳)有限公司    
伺服技术的进步意味着客户期望他们的伺服控制机器能以越来越高的性能运行。一个性能指标为机器定位精度。更好的机器精度可确保制造的零件及产品拥有更高的质量。因此,精确定位是选择或开发伺服系统时的关键要求。

伺服技术的进步意味着客户期望他们的伺服控制机器能以越来越高的性能运行。一个性能指标为机器定位精度。更好的机器精度可确保制造的零件及产品拥有更高的质量。因此,精确定位是选择或开发伺服系统时的关键要求。

高创(Servotronix)公司开发了许多克服定位误差以及改善机器性能的方法,尤其适用于直线运动系统。

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。实例:

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。

要应用最有效的方法校正定位误差,首先应确定错误是否可重复。当目标位置的偏差是可测量的且可重复时,可以在伺服驱动中使用某些函数或算法,以实现并保持必要的精度。当定位误差是随机的且不规则时,通过外部设备可实现最佳校正。

误差重复性

重复性是指运动系统一次又一次返回到特定位置的能力。精度指当系统返回到特定位置时的测量范围值。准确度指该系统与某一测量或真实位置的接近程度。

一般而言,通过对定义的位置进行移动和测量的过程可以确定定位误差的重复性。该过程可以使用外部精密反馈装置,如激光干涉仪。

假设运动控制器指示一个直线阶段移动到特定位置。一旦运动完成,设备便会测量该阶段的实际位置。重复执行命令运动测量循环,直到可以确定定位误差是否发生,如有,则确定它们是否始终相等。定位误差可随行程过程而变化,因此,有必要针对直线运动系统中的一系列点进行重复性测试。

当为可重复性误差时,它们的发生是可预测的,并且伺服驱动器固件可以提供必要的校正,同时实现并保持精准度,而无需辅助或外部反馈装置。

线平台运动系统

谐波补偿

如要考虑是否应该对伺服控制回路进行谐波补偿,则电机周期内的扰动需具备固定的模式。这表明该系统中存在谐波误差。例如,电机齿槽转矩是由电机的机械结构引起的。齿槽转矩通常出现于铁芯直线电机中,因此,可以通过谐波补偿进行校正。

高创的CDHD2伺服驱动器包含一个对转矩和反馈扰动进行校正的谐波补偿算法,这个扰动可能由于电机中的机械缺陷和/或反馈中的缺陷造成的。谐波校正算法可以处理直线电机中一个电机节距或旋转电机中一个机械转速中具有可重复模式的扰动。

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很重要。如果一个系统采用旋转变压器反馈,且每个周期检测到两个干扰的模式,则很可能需要基于反馈的谐波补偿。

谐波补偿控制回路–基于扭矩

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。

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。

激光干涉仪测量行程距离

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。

高创(Servotronix)CDHD2伺服驱动器中的固件拥有双反馈控制回路。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,如图所示。

双反馈控制回路

高创(Servotronix)双反馈控制回路已经在一系列适用于临床成像的GE医疗PET/CT扫描仪中实施,在这种情况中,患者的台座托架轴由滚珠丝杠机械驱动。

为了抵消GE扫描仪系统中齿隙的影响,可在该轴上连接两个编码器。位置反馈编码器安装于电机上,而二次反馈编码器则监测负载。双回路控制解决方案提高了成像系统的运行平稳度和定位精准度。它还具备检测负载脱离或碰撞的安全功能。

每个直线运动设备的应用程序均有独特的挑战和解决方案。CDHD2驱动器的多功能性允许客户实施某些误差校正方法–如双回路控制、谐波补偿或错误映射,来实现最高的精准度和机器性能。

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=29793
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