龙门平台(驱动控制)
在晶圆检测、激光微加工、3D测量、数字打印等领域,对平面运动要求会比较高:像大跨度,大负载,运动平滑,轴间耦合小等。因此对运动控制一般都要求能快速响应和整定、误差小、精度高。
在这些场合,传统的十字架式的XY平台很难满足要求,因此必须使用到龙门结构,如图所示,一个龙门需要由两个电机和机械结构组成,X1axis和X2axis共同完成X轴方向的运动。
龙门的应用背景
常见的龙门控制方法
只在其中一边有电机提供动力,另一边则由导轨支撑,通过机械应力来运动。
优势:比较经济。
劣势:控制性能差,容易对机械造成损伤。
相当于把两个电机并联,一组信号同时控制两个电机。
优势:推力可以耦合至龙门轴中心,减少机械刚性较弱的影响。
3.主从控制
通过控制器来协同两个驱动器同步运动。
优势:在低速场合效果比较好,工程实施性价比较高。
劣势:在高速运动场合同步性能会变差,轴间耦合影响较大,不适合高动态龙门控制。
图:龙门结构-主从控制
4.交叉解耦算法
优势:可以更大程度提高控制性能。可以解决龙门机械耦合的问题。控制器层面开发简单,易操作。
劣势:需要较大的运算量,对控制器和驱动器要求较高。
龙门结构-交叉解耦
龙门算法是交叉解耦算法中的一种。
把龙门看作是多输入多输出(MIMO)系统,前进方向轴和扭摆轴两个控制对象来控制而不是两个电机,这样可以实现耦合后两轴单独控制,减少机械耦合的影响。
龙门模式-交叉解耦
系统搭建和调试
接线
选好龙门对应的轴,接上电机,编码器线。确保两路编码器的计数方向一致。
图:龙门调试思维导图
调试
龙门算法开启后,龙门的调试与单轴调试方法大致相同,只是AXIS1代表龙门垂直方向GANTRYAXIS轴,(虽然两个电机在运动,但系统把它看作一个轴)AXIS2代表YAWAXIS扭摆轴。(扭摆也是通过两个电机运动来实现,但系统把它看作一个轴)
与龙门结合的相关应用
龙门模式PEG
龙门模式动态补偿
龙门的两个轴都可以进行补偿,龙门轴GANTRYAXIS的补偿用于提高精度。扭摆轴YAWAXIS的补偿在刚性龙门中可以减少摩擦和电流过充,提高动态性能。在柔性龙门中用于提高精度,同时提高了龙门轴的YAW机械指标。
VRG-II龙门平台