CoolDrive S7L 高性能驅(qū)動(dòng)器 在精密激光加工上的應(yīng)用
由于直線電機(jī)的高速，高精度，低速度波動(dòng)，幾乎免維護(hù)的特點(diǎn)，使其非常適合在精密激光加工領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。而這些應(yīng)用中，以十字型、龍門型最為常見(jiàn)。
圖1 十字型直線電機(jī)平臺(tái)
接下來(lái)介紹一下清能德創(chuàng)CoolDrive S7L高性能伺服系統(tǒng)在精密激光加工領(lǐng)域的方案。
一．精密十字型直線電機(jī)平臺(tái)
表1 精密十字平臺(tái)主要參數(shù)
常見(jiàn)的精密十字平臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)包括（見(jiàn)表1）：
● 設(shè)備采用穩(wěn)定大理石結(jié)構(gòu)；
● X，Y采用高端無(wú)鐵芯直線電機(jī)；
● 高精度光柵尺反饋，分辨率0.1μm。
清能德創(chuàng)CoolDrive S7L系列高性能驅(qū)動(dòng)器，有如下特點(diǎn)：
● 在硬件上均采用多核DSP，計(jì)算性能得到大幅提升；
● 電流環(huán)更新周期2.5μs，速度環(huán)、位置環(huán)控制周期可達(dá)62.5μs，可以保證各環(huán)路的高速響應(yīng)；
● 加入了自己獨(dú)特的算法可以有效的抑制直線電機(jī)的推力波動(dòng)，并可以對(duì)摩擦力引起的波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?？稍?00mm/s-800mm/s的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小于±0.1%的速度波動(dòng)控制，以及更低的跟隨誤差；
● 擁有振動(dòng)抑制、模型追蹤振動(dòng)抑制、象限突起抑制等豐富的功能，可以有效解決圓和圓弧切割過(guò)程中出現(xiàn)的尖角、波浪線以及橢圓的問(wèn)題。
二．在高精密龍門結(jié)構(gòu)直線電機(jī)平臺(tái)
眾所周知，龍門結(jié)構(gòu)是非常常見(jiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時(shí)也在激光加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（滾珠絲杠+伺服電機(jī)）由于可以允許的誤差較大，以及其固有特點(diǎn)相對(duì)容易控制。由于直線電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)負(fù)載和外力格外敏感，而龍門結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)左右軸的負(fù)載不一致，再加上更高的加速度，速度，使其成為龍門控制的一大難點(diǎn)。高精密龍門結(jié)構(gòu)平臺(tái)主要參數(shù)如表2所示。
表2 高精密龍門結(jié)構(gòu)平臺(tái)主要參數(shù)
CoolDrive S7L有兩種方式可以提供高精密的龍門控制：
1.驅(qū)動(dòng)采用模擬量的控制方式，可以有更短的控制周期（在龍門的控制中，更短的控制周期至關(guān)重要）。由控制器來(lái)進(jìn)行位置環(huán)與速度環(huán)的控制，可以提供快至2.5us的電流環(huán)更新周期和高達(dá)16位的電流采樣精度，提供高帶寬和高精度的電流環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)非常高的龍門控制精度。
2.CoolDrive S7L還針對(duì)控制器成本有要求的客戶，推出了基于驅(qū)動(dòng)器的高精度龍門同步功能，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器高速同步通訊接口最大以62.5μs的更新周期，在兩個(gè)龍門軸之間進(jìn)行轉(zhuǎn)矩、速度以及位置信息的交互，使得龍門軸之間的同步周期大大縮短（目前主流的總線通信最大為250μs），并采用先進(jìn)的交叉解耦控制算法，顯著減小龍門主從軸間的同步誤差，可以實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)異的龍門同步效果。
3.此外，通過(guò)運(yùn)用誤差補(bǔ)償功能，對(duì)光柵尺反饋的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可以進(jìn)一步提高龍門精度。
圖2 十字型直線電機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
圖3 高精密龍門結(jié)構(gòu)直線電機(jī)平臺(tái)
圖4 高精密龍門平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
圖5 基于驅(qū)動(dòng)器的高精度龍門同步功能
表3 CoolDrive S7L主要性能參數(shù)
圖6 CoolDrive S7L產(chǎn)品圖
三．CoolDriveS7L產(chǎn)品介紹
為了滿足功能日益復(fù)雜的設(shè)備對(duì)性能的要求，CoolDrive S7L選擇了更高性能的硬件平臺(tái)，將伺服性能提升到一個(gè)全新的水準(zhǔn)。目前直驅(qū)型有兩個(gè)版本：CoolDrive S7LE(Ether CAT總線型)；CoolDrive S7L-U(模擬量&脈沖型)，性能優(yōu)勢(shì)包括：
● 支持自整定；
● 電流環(huán)更新時(shí)間快至2.5μs，速度環(huán)、位置環(huán)控制周期62.5μs；
● 支持誤差補(bǔ)償；
● 支持高精度龍門同步功能（可選）；
● 支持多種反饋模式：A,B,Z信號(hào)，BISS-C,1Vpp等(部分在開發(fā)中)；
● 支持1~300Hz段的低頻濾波；
● 5個(gè)諧振抑制陷波濾波器，頻率范圍50~4000Hz；支持高速位置比較輸出等。
