當前直驅電機的應用越來越廣泛，特別是在高精度、高速度要求的場景，對直線電機的需求都非常高，市場每年都會有很大的增長，同時直驅電機的制造成本也在持續下降。　

　　1 直驅電機優缺點

　　直驅電機跟傳統絲桿模組相比有(you)以下(xia)一些應用優(you)點：

　　? 運動(dong)速度快;

　　? 摩擦力較小;

　　? 系(xi)統剛性(xing)強(qiang)，機器的負載可以直接(jie)連接(jie)在(zai)電機動子或(huo)轉子上(shang);

　　? 結構簡單，傳統的(de)(de)伺服為了提(ti)高它的(de)(de)精度通常需(xu)要加第(di)二編(bian)碼器，對于直(zhi)驅電(dian)機來講(jiang)，一個編(bian)碼器即可實現它的(de)(de)高精度，避免提(ti)高精度而使用(yong)第(di)二編(bian)碼器，同時它的(de)(de)運行(xing)時間更長;

　　? 精度高，壽命長。

　　但另一方面，直驅(qu)電機也存在一定(ding)的“短板”：

　　? 成本較高，需要直線導軌;

　　? 摩(mo)擦力小，需要更(geng)好的算法來計算控(kong)制精度;

　　? 需要更高增益及抑制(zhi)振動算法支持;

　　? 整定時(shi)間要(yao)求高;

　　? 需要(yao)高分辨率及高精度編碼器。

　　總(zong)體來看，目前典型(xing)的(de)直驅電(dian)機(ji)應用(yong)場景(jing)包括(kuo)：半導體設(she)備、檢測(ce)設(she)備、AOI或者視覺檢測(ce)等(deng)領域(yu)需要的(de)高精(jing)度控制應用(yong);以及焊線(xian)機(ji)、平(ping)板顯示(shi)、3C電(dian)子、CNC機(ji)床(chuang)、光伏、高速(su)搬運等(deng)應用(yong)領域(yu)。

　　2 直驅電機控制要求及難度

　　直驅電機對于控制(zhi)系統的技術(shu)開發提出了較高的要求(qiu)，大致上包括以下幾(ji)點(dian)：

　　? 由于高速要(yao)求，整(zheng)定時(shi)間(jian)(jian)短(例(li)如焊線機的應用上)，所以控制上一定要(yao)在最(zui)短的時(shi)間(jian)(jian)內讓電(dian)機整(zheng)定下來;

　　? 在一(yi)些(xie)激光加工或者檢測領域，要求(qiu)運(yun)行(xing)過程特別平穩，不管是速度(du)的波動還是運(yun)行(xing)的位置誤差都要求(qiu)較高;

　　? 針對一(yi)些特殊的(de)場(chang)景(jing)，例如(ru)激光(guang)或者視(shi)覺檢測，則需要(yao)具備(bei)位置觸發輸出功能(neng)，隨著結構越做越大，例如(ru)龍門(men)架(jia)構，需要(yao)兩個軸帶動同一(yi)個平臺，因(yin)此在驅動器控制上要(yao)實現龍門(men)傳動的(de)功能(neng);

　　? 針對以上要(yao)求，高創CDHD2開發(fa)出了一些對應(ying)算法來適應(ying)這些應(ying)用(yong)場景需求，包括非線性(xing)HD控制和基于頻域線性(xing)響應(ying)的HDM控制。

　　3 HD控制方式

　　傳統的(de)(de)控制方(fang)案一般是串(chuan)行結構(gou)，包括(kuo)電流(liu)環(huan)(huan)(huan)(huan)、速度環(huan)(huan)(huan)(huan)和位(wei)(wei)置環(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)(de)三環(huan)(huan)(huan)(huan)串(chuan)行結構(gou)，這些(xie)控制方(fang)式(shi)有一些(xie)固有的(de)(de)誤(wu)差難(nan)以避免，增加前饋的(de)(de)時候會增加它的(de)(de)超調(diao)和整定時間。為此，高創把速度環(huan)(huan)(huan)(huan)和位(wei)(wei)置環(huan)(huan)(huan)(huan)合(he)二為一，形成了非線性的(de)(de)控制。速度環(huan)(huan)(huan)(huan)與位(wei)(wei)置環(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)(de)合(he)二為一通(tong)過增益矩陣的(de)(de)方(fang)式(shi)來自(zi)動(dong)適(shi)應(ying)誤(wu)差，根據(ju)系統的(de)(de)誤(wu)差和速度來調(diao)整增益，實(shi)現最小(xiao)的(de)(de)阻尼，最小(xiao)的(de)(de)跟蹤(zong)誤(wu)差，達到最好的(de)(de)整定效(xiao)果。

　　直(zhi)驅(qu)電機在(zai)高速運動時(shi)，不可避免會(hui)造成(cheng)抖動的現(xian)象，閉環(huan)抑(yi)制震(zhen)動，發生初期(qi)就(jiu)要響應抑(yi)制它(ta)的震(zhen)動，還(huan)有主(zhu)動阻(zu)尼來(lai)盡(jin)量減少它(ta)的震(zhen)動發生。

　　4 HDM控制方式

　　針對一些(xie)復雜的(de)控(kong)制場景，比(bi)如(ru)CNC、激光等(deng)領(ling)域，通常對于過程中的(de)要求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)，機(ji)臺(tai)的(de)共振(zhen)點和機(ji)械特(te)性都可能不(bu)太一致，基于這(zhe)樣的(de)情(qing)況(kuang)開發了(le)HDM的(de)控(kong)制方(fang)(fang)式，該控(kong)制方(fang)(fang)式基于多項式的(de)線性控(kong)制方(fang)(fang)式和頻率響應進行(xing)自動調試。

　　第一步，對機臺(tai)系(xi)統進行(xing)掃頻(pin)：給機臺(tai)系(xi)統注(zhu)入掃頻(pin)電流白噪(zao)聲，設置它(ta)的(de)(de)掃頻(pin)范(fan)圍(wei)。通(tong)過(guo)頻(pin)率響應就可以得到(dao)(dao)整個機臺(tai)或者機器的(de)(de)帶寬，同(tong)時得到(dao)(dao)它(ta)開環的(de)(de)波特圖，

　　上(shang)面是(shi)它的幅值，下面是(shi)它的相位，得(de)到(dao)整個控制上(shang)的頻率(lv)響應(ying)。圖1為(wei)掃(sao)頻后的波(bo)特圖。

圖(tu) 1 掃(sao)頻后(hou)的波特(te)圖(tu)

　　第二步，建模(FIT Model)：根據這個頻率(lv)響(xiang)應(ying)可以看到系統(tong)不(bu)同的(de)共(gong)振點，就需(xu)要(yao)軟(ruan)件來擬(ni)合，把實(shi)際響(xiang)應(ying)用算(suan)法曲線(xian)來進行擬(ni)合，得到系統(tong)機械上的(de)一個模型(xing)。然后(hou)設置共(gong)振點，根據共(gong)振點設置零極點數目(mu)，可以得到擬(ni)合后(hou)的(de)曲線(xian)。擬(ni)合后(hou)的(de)曲線(xian)如圖2所示(shi)。

　　圖 2 擬合后的曲線

　　第三步，自動生成控制參(can)數：根(gen)據(ju)擬合后(hou)的(de)曲線，一鍵生成對應(ying)控制參(can)數，包括自動添加相應(ying)濾波(bo)器，然后(hou)根(gen)據(ju)閉環特性及實際效(xiao)果(guo)進(jin)行微調(diao)，從而得到最(zui)(zui)好(hao)或者(zhe)最(zui)(zui)優(you)化的(de)控制。調(diao)試(shi)時應(ying)盡量(liang)避免(mian)不穩定的(de)區域，既要提高(gao)穩定性，又(you)需提高(gao)帶寬。

　　5 龍門控制系統

　　隨著(zhu)控制的發展，負載量增大，在很多場景涉(she)及到(dao)越(yue)來越(yue)多龍門(men)(men)的控制方(fang)式(shi)，針對這樣(yang)的情況，高創提出了龍門(men)(men)控制的方(fang)式(shi)，采用雙軸(zhou)交叉耦合的方(fang)式(shi)，一個軸(zhou)作(zuo)為主(zhu)軸(zhou)，控制兩(liang)個電(dian)機(ji)的前進和后(hou)退，另外(wai)一個軸(zhou)作(zuo)為從(cong)軸(zhou)， 同(tong)時監控兩(liang)個軸(zhou)的偏(pian)差(cha)，根據偏(pian)差(cha)實時調整(zheng)，輸(shu)出給兩(liang)個軸(zhou)不同(tong)的電(dian)流，實現兩(liang)個軸(zhou)的同(tong)步(bu)，兩(liang)個軸(zhou)的通信是(shi)采用10MB/S的通信速率。

高創龍門系統的功(gong)能特點包括：

　　? 兩軸同步;

　　? 減少30%電(dian)流輸出(chu);

　　? 支(zhi)持柔性(xing)和剛(gang)性(xing)龍(long)門。

       6 誤差補償功能

　　在(zai)直(zhi)線電(dian)機行(xing)業(ye)，定位精度(du)(du)一般易于達到(dao)，提高(gao)其絕對精度(du)(du)要有補(bu)(bu)(bu)償，高(gao)創驅動內(nei)置誤差補(bu)(bu)(bu)償表，支持直(zhi)線和旋(xuan)轉(zhuan)電(dian)機補(bu)(bu)(bu)償，可補(bu)(bu)(bu)償點(dian)位達1000 多個，同時可采用激光(guang)提供(gong)補(bu)(bu)(bu)償值(zhi)，能極大地提高(gao)直(zhi)線電(dian)機定位精度(du)(du)，滿足客戶高(gao)精度(du)(du)場景(jing)需求。

　　目前行業內對于這一技(ji)術(shu)領域(yu)的探(tan)討還沒有停止(zhi)， 高創也一直在探(tan)索未(wei)來的發展變化。

　　7 高創產品應用

　　客戶(hu)的(de)市(shi)場變化對(dui)工控(kong)企業(ye)的(de)需求(qiu)越來越高，要(yao)(yao)求(qiu)產(chan)品易用、精度高、穩定性好。同時客戶(hu)和市(shi)場的(de)時刻(ke)變化導致產(chan)品種類更新(xin)也(ye)(ye)越來越快，我們的(de)產(chan)品需要(yao)(yao)不斷適(shi)應客戶(hu)的(de)需求(qiu)，技術(shu)也(ye)(ye)要(yao)(yao)不斷進行迭代升(sheng)級。

　　在(zai)(zai)機器人(ren)領域直驅(qu)電機已有廣泛應用(yong)，這對我(wo)們提出(chu)了(le)更(geng)高的(de)要(yao)求，例(li)如(ru)機器人(ren)的(de)抖動是無法一直抑制的(de)，對于機器人(ren)行業，我(wo)們一直在(zai)(zai)思(si)考如(ru)何優化控制方式。

　　環線(xian)是(shi)另一個比較好的(de)(de)方式，這個控(kong)制(zhi)(zhi)方式與(yu)之前的(de)(de)模(mo)組電機不太一樣，之前運動的(de)(de)部(bu)分(fen)是(shi)線(xian)圈，磁鐵(tie)是(shi)定子，上(shang)面是(shi)磁鐵(tie)在運動，下(xia)面的(de)(de)線(xian)圈是(shi)固定的(de)(de)。針(zhen)對這樣的(de)(de)情況(kuang)需(xu)要驅動器(qi)、控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)和編碼器(qi)整合到一起，實時監(jian)控(kong)上(shang)面運動部(bu)分(fen)的(de)(de)位置來(lai)達到一個很(hen)好的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)，上(shang)面定子在走的(de)(de)時候，下(xia)面要分(fen)別控(kong)制(zhi)(zhi)它不同線(xian)圈的(de)(de)顯示模(mo)式。所以(yi)未來(lai)的(de)(de)趨(qu)勢是(shi)，更強(qiang)大(da)的(de)(de)驅動器(qi)和控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)將會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)融合，對于這種自動調試的(de)(de)要求越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，可以(yi)幫助客(ke)戶更好地使用我們(men)的(de)(de)設備。

　　如果使用驅(qu)控一體的(de)方式，穩定(ding)性更(geng)好(hao)，會避免一些(xie)接(jie)線和干擾造(zao)成的(de)不(bu)穩定(ding)因素(su)。同時，驅(qu)動(dong)器(qi)未(wei)來(lai)會有豐(feng)富的(de)第三方接(jie)口，包括跟視覺及其他第三方的(de)應用來(lai)進(jin)行通訊。未(wei)來(lai)這種系(xi)統(tong)驅(qu)動(dong)一體類似子系(xi)統(tong)的(de)嵌入式，外設就可以(yi)完(wan)成運動(dong)控制的(de)部(bu)分。

　　此外，隨著工(gong)業4 .0 的(de)(de)發展，所有的(de)(de)設備要進入(ru)云端(duan)，未(wei)來(lai)的(de)(de)驅(qu)動器和控制器也會(hui)推出OPC- UA的(de)(de)云端(duan)標準，工(gong)控黃金十年，需要行業共同創造。