专注、专业,提升整体直驱技术应用水平

文:ACS运动控制(中国)2023年第四期

  针对旋转电机的驱动技术与针对直驱电机(这里只谈直线电机DDL、DDR、VC)的驱动技术在开发上有很大的区别,旋转 伺服电机一般是通过联轴器、丝杠(丝杆)等和负载相连,总体上,应用以速度低于1米/秒和精度以丝级为主,中间的机械过渡较 多,丝杠运动系统由于刚性高,机械响应较慢,速度相对来说也较慢,因此容易控制,控制算法比较简单。直驱系统场景中(通常 需要一定精度或超高精度,从微米到纳米的精确定位,或高速及高加速的多轴运动应用场景),电机基本上都是直接与负载相连, 中间没有任何传动机构,如果机械精度不够或者装配不恰当,以及加上负载后刚度不够,这些机械不确定性都会对直驱系统产生扰 动,从而对电机运行产生影响,引起机械振动等系统不稳定因素,因此直驱系统的控制算法更难,对控制算法的要求更高,尤其是 在多轴系统的运行中,轴与轴之间所产生的扰动会非常大,加上直驱系统的应用机械模型较为复杂,如何更好地把机械结构与电机 控制系统结合在一起,是直驱伺服驱动技术的开发重点,同时对研发人员的要求也提高了。

  国内现阶段大部分直驱应用场景更多的是单轴运动或者低精度定位(5-20微米)系统,经过这几年的发展,市场已非常“内 卷”,价格几乎快接近同等精度的丝杠,而且丝杠有段时间还经常供货不及。表面上给人感觉直驱要替代丝杠了,但实际上,直驱 技术并非是对旋转电机+丝杠系统的简单替代,而是一种进化。直驱技术需要根据各种实际应用场景,搭建起与之相适应的模型, 毕竟直驱技术的初衷是以高速、高精度及快速整定等为主要诉求,需要考量多轴运动时轴与轴、轴与负载等之间的各种扰动,除了 可以通过优化机械结构来提升性能,还得有特殊手段和控制算法来补偿和消除机械设计或装配上的不足导致的精度或性能的不够。

  例如,在高速、高精度应用的龙门双驱控制系统中,虽然各家厂商都统称龙门算法,但由于面对的应用市场不同,使得目前 不同厂商的开发理念也各不相同。为了更大程度地提高控制性能(精度,速度以及整定),ACS高级龙门算法采用了交叉解耦算 法、动力学算法等先进技术,以实现双驱电机龙门、双反馈的自动控制算法功能,既可支持控制刚性龙门,也可支持柔性龙门,且 无需依赖额外的控制器(取决于产品线)。在这一应用中对于驱动器的要求较高,而这也得益于ACS公司迄今20多年来在驱控一体 化技术上的研发积累。ACS驱控一体化系统里包涵上下层各种软硬件、诊断工具、调试工具等,是一套庞大的系统工程,针对多轴 叠加系统,它能够通过智能化软件对各种运动轴和轴之间的扰动进行分析,从中获得恰当的伺服增益、滤波等相关参数,最终保证 整体系统的高速、高精度性能,减少导轨磨损度,降低机器的耗电量,对高性能设备的开发人员易用性也非常友好。

  今年, ACS推出了经济型控制模块系列新品ECMdx,它是集成交流输入双轴驱动器的驱控一体化产品,可通过两个高精度运 动平台轴对OEM设备实施经济高效的控制,相对于旗舰版SPiiplus体现出良好的性价比优势;另一款新品是IDMdx多轴驱动器, 其 特点是可接入第三方EtherCAT运动控制器,增强了系统的开放性。此外,我们的UDMdx是一款单/双轴驱动器产品,旨在优化旗舰 版系统高精度运动平台的性能及性价比。

  近几年,国内直驱技术市场高速发展,直驱系统的应用优势被越来越多行业人士所认知,但仍需要有想法的中小企业瞄准高 精尖应用(虽然这是个苦活,也是个累活),在控制算法、电子及机械工程等研究领域加大融合开发力度,专注、专业,持续增加 技术储备,提升整体直驱技术的应用水平。同时,在行业内部,也迫切需要制定行业标准和规范,提高市场准入“门槛”,共同促 进直驱行业的长期健康、良性发展。

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