高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件

高精度运动控制系统高精度运动控制系统-关键技术及综合运用关键技术及综合运用 北京慧摩森电子系统技术北京慧摩森电子系统技术慧摩森慧摩森公司简介一公司简介一北京慧摩森电子系统技术是以开发消费高精度运动定位系统为主的高新技术企业，所研发产品集成光机电一体化技术，采用的技术和产品精度到达国际先进程度。目前直线电机在运动控制领域的运用越来越广泛，我公司所消费的SM系列直线电机性能稳定，质量好，与PWM的驱动控制器及直线光栅编码器组成伺服运动系统，替代传统的丝杠和皮带传动构造方式，简化了构造，提高了运动控制系统的性能。公司自主研制的0.1微米级精细运动平台及集成控制系统是微电子制造和测试设备的中心部件，也是生物医疗设备和精细制造业开展的关键部件，这些产品在以上领域的运用可以极大提高我国的制造程度，减少和先进国家的差距。公司简介二公司简介二 此外公司还与秦皇岛海纳科技公司协作研发了国内首款可驱动直线电机和旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等高端功能，产品性能已到达国际先进程度，可广泛用于高精细运动控制系统的驱动和控制。公司还代理销售MicroE、SIKO、ELMO等多家国外知名品牌的光栅、磁栅、驱动器、控制器等产品，并为客户提供技术支持和伺服运动控制系统集成。运动控制系统的关键技术运动控制系统的关键技术运动控制系统的根本构成运动控制系统的根本构成 执行机构/电机被控对象反响传感器运动控制平台/运动控制卡功率放大器/驱动器人机接口/高层指令生成运动控制系统的要求及所涉及关键技术运动控制系统的要求及所涉及关键技术在机械构造允许的情况下,产生最快最平稳的时间轨迹.这就需求在以下系统限制的情况下确定算法:机械机构的固有频率,执行机构的呼应时间,伺服系统通带宽度,电机功率,驱动器功率,传感器呼应及限制电源电压,.同时算法的复杂性还要遭到系统实时性和计算机的速度的制约。通常在理想时间轨迹之外,还需参与补偿控制,以实现运动的快速性及平稳性。高精度运动控制系统的关键技术涉及：运动控制、伺服控制、机械构造设计及资料选择、装配工艺以及系统的维护等诸多方面的技术。要求：要求：关键技术：关键技术：运动控制中的关键技术运动控制中的关键技术v 运动控制v 产生相对于时间的空间轨迹,以及直接实现各机械模块之间的同步控制,例如:v 电子齿轮变速(无级变速)v 各种平面曲线,圆,椭圆,y(t)=f(x(t)v 各种空间曲线,z(t)=f(x(t),y(t)v 运动插补v 高阶运动轨迹生成v 运动控制系统的自学习与自调整v 工业现场的高速网络化通讯v 运动控制的主要技术目的运动控制的主要技术目的v 可产生的运动轨迹的种类(直线,圆,弧线,恣意曲线)v 轨迹相对时间的阶次v 最高速度,最高加速度v 位置,速度精度v 可同时控制运动轴数(4 轴,8,轴,)v 运动轴之间的同步v 伺服轴的数目v 伺服控制中的关键技术伺服控制中的关键技术v 系统实验与系统辩识v 振动分析与抑振技术v 鲁棒控制技术v 自顺应控制v 自学习与自调整v 模糊训练伺服控制：运动控制在于如何产生运动控制指令(算法),而伺服控制在于如何让机电系统快速，准确地跟踪运动控制指令伺服驱动器的主要性能目的伺服驱动器的主要性能目的v 任务电压v 输出电流v 任务效率v 伺服控制算法v 闭环呼应带宽v 动/静态精度v 控制刚度v 稳态时间v 分辨率v 采样时间/控制频率v 各种维护功能v 过压维护/欠压报警、短路维护、最大电流继续时间、延续/RMS电流维护、过温维护、停机维护、失控维护(电流反灌维护)执行机构设计的关键技术执行机构设计的关键技术v 执行机构/电机的设计v 运动衔接及动力传输v 动力学分析与仿真v 构造与振动分析v 直线电机的兴起及运用v 执行机构执行机构运动系统的执行机构由电机及完成运动的机械构造组成，执行机构的设计主要目的是提高系统刚性、抑制系统的低频共振。执行机构的主要性能目的执行机构的主要性能目的v 系统刚度v 系统共振频率v 系统的承载才干v 系统最大运转速度及加速度v 装配工艺中应留意的问题装配工艺中应留意的问题v设备的装配质量遭到多方面要素的影响，除了技术、工艺方面的问题以外，还与装配工人的人为要素有关，这里我们重点引见一下位置反响传感器的选取与安装v光栅传感器精度的决议要素v光栅尺的精度 v线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)v光栅尺的热敏系数v差值技术v信号质量v频率呼应与最高速度v旋转编码器最大速度=任务频率(Hz)/(每转线数)*60 RPMv线性编码器最大速度=扫描频率(Hz)*信号周期(micron)*10e-6 m/secv其中 信号周期=丈量步距(micron)*细分倍数*4 micronv安装要求v反映真实的被测物理变量v对电气及机械噪声干扰不敏感v可允许的振动与冲击的任务环境v光栅尺与读数头的安装刚度v光栅传感器的非运动部件的振动隔离v传感器电缆的最小弯曲半径实例：编码器安装对信号质量及精度的影响实例：编码器安装对信号质量及精度的影响安装误差的影响实例：编码器安装对信号质量及精度的影响续实例：编码器安装对信号质量及精度的影响续信号质量对误差影响运动控制系统的维护运动控制系统的维护硬件级限位传感器维护看门狗维护电源缺点维护过功率维护驱动器短路维护驱动器过压/欠压维护驱动器过温维护驱动器RMS电流维护 软件级计算错误维护位置误差维护饱和维护震荡维护RMS功率维护电源缺点维护急停维护机械级机械限位安装机械刹车/卡紧安装机械防撞安装 总结总结v 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法和分析v 运动控制运用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制v 采用闭环控制首要思索的是系统稳定性v 运动控制的性能不仅要考核时域呼应，还要考核频域特性v 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/电机、反响器件、被控对象及控制算法构成v 运动系统部件的选择要综合思索很多要素高精度运动控制系统的运用高精度运动控制系统的运用龙门式双轴直线电机平台龙门式双轴直线电机平台v构成：CNC控制卡+驱动+电机+反响v控制方式：位置/速度/力矩v控制接口：总线/模拟/脉冲v定位分辨率：0.5um-5umv反复定位精度：10umv最大加速度：5gv特点：多轴联动，精度高，功能强，价钱偏高v运用领域：数控机床、激光设备、封装设备、测试丈量直线电机的特点直线电机的特点现代机床业的新宠直线电机v 无丝杠传动v 构造简单v 低本钱v 低噪声v 无磨损/少维修空气轴承无磨损v 直接驱动+直接反响v 高精度v 高稳定性 北京慧摩森公司SM系列U型开口式直线电机是高速、轻型设备的首选。其继续推力在1到20公斤之间，峰值推力可以到80公斤，配备MicorE光栅和适宜的控制系统，典型运转速度1到2米/秒，最大5米/秒。此系列电机构造简单、价钱廉价、控制方便，主要运用于电子设备、精细丈量、精细加工等领域。伺服驱动器的选择伺服驱动器的选择v HN伺服控制驱动器是一种通用型的伺服控制驱动器，可驱动交流无刷旋转电机和交流无刷直线电机等伺服电机。该驱动器采用DSP作为中心控制芯片，运用全数字电机控制算法，实现了电流环、速度环、位置环的闭环控制，此外该驱动器还具有：微动换相、电机参数识别、控制参数自整定、高阶运动轨迹生成、共振抑制、用户程序控制等功能。反响安装的选择反响安装的选择v MicroE光栅编码器及DRC编码器v 尺寸下硬币大小，分量轻5克v 分辨率高：5um-0.1nm可选v 速度快：高达7.2m/sv 直线和旋转运动均可适用v SIKO磁栅尺v 提供栅尺、读取头、信号转换安装、显示表头。v 信号输出方式：模拟、数字、绝对式v 典型产品：MSK5000系列v 数字信号输出，LED任务形状指示v 最高分辨率：0.001毫米v 最大速度：4m/s0.001mm分辨率时v 运用于直线或角度丈量v v Excel激光干涉仪v 10XX系列激光干涉仪Laser Interferometerv 1100B激光标定系统Laser Calibration Systemv 1700A程度度/倾斜度传感器(Level Sensor)