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[博智达新闻]直线电机的定位误差怎么去校正?

发布时间:2019-11-19 11:11:06 阅读次数:99 文章来源:深圳博智达机器人
导读: 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。一个性能指标是机器定位精度。更好的机器精度保证了制造零件和产品的更高质量。因此,精确定位是选
    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。一个性能指标是机器定位精度。更好的机器精度保证了制造零件和产品的更高质量。因此,精确定位是选择或开发伺服系统的关键要求。
 
    Servotronix已经开发了许多方法来克服定位误差和提高机器性能,特别是对于直线运动系统。
 
    在运行时,系统的准确性可能会受到多种条件或因素的影响,从而导致不可接受的性能。例子:
 
    编码器:在设备制造过程中引入编码器的机械、电子或光学性能缺陷可能导致定位误差。环境条件和电子噪声也可能影响编码器信号的质量。
 
    载荷:机械系统中零件的弯曲可能导致定位误差。
 
    正交性:适用于XY平台的精确定位,X轴和Y轴的移动必须是完全直角的(正交的)。如果两行行程不是正交的,则Y轴在X方向上的移动会引起定位误差,反之亦然。
 
    齿轮间隙:齿轮间隙是传动装置中齿轮齿间的间隙函数。正常的齿隙允许齿轮啮合而不粘在一起,为润滑提供了空间。例如,当螺钉螺母经常以相反的方向旋转时,可能会产生过大的间隙,从而导致定位误差。
 
    滞后:滞后误差是由于系统对增加和减少的输入信号的不一致响应而导致的实际位置和命令位置之间的差异。
 
    为了应用最有效的方法来修正定位误差,必须确定误差是否可重复。当目标位置的偏差是可测量和可重复的时,可以在伺服驱动中使用某些函数或算法来实现和保持必要的精度。当定位误差随机且不规则时,外部设备可以达到最佳校正效果。
 
    误差重复性
 
    重复是指马达系统一次又一次地回到某一特定位置的能力。精度是系统返回特定位置时测量范围的值。准确度是指系统与测量或实际位置的距离。
 
    一般来说,定位误差的重复性可以通过移动和测量定义的位置来确定。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线性相位移动到特定位置。一旦移动完成,设备测量舞台的实际位置。重复指令运动测量回路,直到能够确定是否发生定位误差,如果发生,它们是否始终相等。定位误差随运动过程的变化而变化,因此有必要对直线运动系统中一系列点的重复性进行测试。
 
    当可重复的错误发生时,它们是可预测的,并且伺服驱动器固件可以提供必要的校正,同时在不需要辅助或外部反馈装置的情况下实现和保持精度。
 
    直线平台运动系统
 
    谐波补偿
 
    若要考虑伺服控制回路的谐波补偿,则电机周期中的扰动应为固定模式。这表明系统存在谐波误差。例如,电动机的齿槽转矩是由电动机的机械结构引起的。铁心直线电机通常存在齿槽转矩,因此可以通过谐波补偿对齿槽转矩进行校正。
 
    高创新的CDHD2伺服驱动器包括一个谐波补偿算法,用于校正由电机机械缺陷和/或反馈缺陷引起的转矩和反馈干扰。谐波校正算法可以处理线性电机中电机螺距可重复模式的干扰或旋转电机中的机械速度的干扰。
 
    在应用该算法之前,正确识别干扰源并使用正确类型的谐波补偿也很重要。如果系统使用旋转变压器反馈,并且每个周期检测到两个干扰模式,则可能需要基于反馈的谐波补偿。
 
    基于转矩的谐波补偿控制回路
 
    误差映射校正
 
    一些可重复的定位误差不能用解析表达式来修正。运动系统可能会失去精度,只需补偿沿行程的几个点。对于此类误差,可以使用外部测量设备生成误差图,然后驱动程序可以使用该误差图来补偿特定的误差。
 
    例如,线性轴上的负载位置可以用激光干涉仪测量。为了简单起见,我们假设轴传播一米的距离。驱动软件发出指令,以100毫米的间隔移动电机,使电机在10个位置的范围内移动。当电机移动负载时,干涉仪测量负载移动的距离,并在每个点将距离值与电机编码器的位置进行比较。这两个值的区别在于定位误差。
 
    生成错误映射后,映射将存储在驱动器的非易失性存储器中,并且可以在驱动器中激活错误补偿。
 
    在点之间插入算法。在本例中,为了将阶段从原点移动275mm,控制器从查找表中获取最近的两个数据点(200和300mm)并计算275mm处的校正。
 
    CDHD2伺服驱动器所能实现的定位误差校正方法的优点是,驱动器可以根据实际位置实时获取校正值,并实时应用校正。一旦纠正,误差可以忽略不计,不需要额外的位置反馈装置。
 
    激光干涉仪测量行程
 
    双回路控制
 
    为了补偿随机的、不可重复的误差,线性运动系统需要一种方法来检测和警告驾驶员在操作过程中的误差。克服不可重复误差的一种有效且相对廉价的方法是在运动系统的负载上安装第二编码器。第二个编码器可以实时提供精确的反馈,以补偿运动系统的偏差。
 
    ServotronixCDHD2伺服驱动器中的固件具有双反馈控制回路。在双环应用中,电机反馈用于速度控制回路和校正,而二次反馈用于位置回路。
 
    CDHD2驱动器支持各种辅助反馈设备,如增量编码器和串行编码器,以及模拟位置反馈设备。
 
    双环配置要求调整二次反馈与电机反馈的比例,具体设置方法如图所示。
 
    双反馈控制回路
 
    SeloTrONIX双反馈控制回路已经在一系列GGE医用PET/CT扫描仪中用于临床成像,其中患者的基座托架轴线由滚珠丝杠机构驱动。
 
    两个编码器可以连接到轴上,以抵消GE扫描仪系统中的间隙。位置反馈编码器安装在电机上,辅助反馈编码器监测负载。双闭环控制方案提高了成像系统的运行平稳性和定位精度。它还具有检测负载分离或碰撞的安全功能。
 
    每种直线运动装置的应用都有独特的挑战和解决方案。CDHD2驱动程序的多功能性允许客户实施某些纠错方法(如双环控制、谐波补偿或错误映射),以达到最大精度和机器性能。

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