ACS运动控制支持真正的龙门系统.docx

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ACS运动控制支持真正的龙门系统

ACS运动控制支持真正的龙门系统

ACS运动控制支持真正的龙门系统

ACSMotionControl

导语：

​ACS在解决龙门平台的穿插挪动轴控制问题上有丰富的经历。

ACS的龙门算法照顾到穿插运动惯量问题假如穿插轴的位置改变导致重心〔COG〕的显著变化，我们就采用一个额外的实时补偿算法来来消除这种影响。

ACS运动控制的SPiiPlusNT控制器（基于EtherCAT实时通讯）包含了支持高级龙门系统的标准固件。

高级龙门算法〔真正的双驱龙门〕可以实现对双驱龙门系统的高性能控制。

引言：

在半导体晶圆加工，测量，精细激光切割，划刻，掩模，大格式FPD，OLED，PCB等检测设备，大格式工业打印机，大格式激光加工设备，SMT等领域，直驱龙门和大跨度龙门的平台的应用越来越广泛。

这些龙门平台往往大局部用直线电机，或者旋转伺服来驱动控制。

但怎样控制好这些龙门平台，使得它即快速，又平滑，又能快速整定以知足工艺的要求。

那就得需要真正的双驱龙门算法来知足这类控制要求。

相比拟于传统的所谓龙门算法，根本采用主从跟随的方式来解决问题。

ACS运动控制采用的是穿插解耦方式来实现双驱龙门控制，当然算法中还集合了ACS多年在此类应用中其他一些算法来优化双驱龙门算法。

这样对用户来讲配置，设置，调试就相当简化。

提示：

仅需要很小的晋级就可以让用户户老的龙门系统支持我们新的标准支持。

见Section1.8

1.1硬件连接

一个完好的龙门系统需要专门负责龙门轴的两个马达和两个编码器：

因此，龙门需要使用SPiiPlus的两个轴。

两个龙门轴必须属于一样的伺服处理器〔SP〕，因此有确定的伺服限制存在。

对于只有2个轴的伺服处理器，0轴控制两轴之中的longitudinal（average）轴，1轴控制两轴之中的yaw（difference）轴。

对于4轴的伺服处理器，两对龙门轴分别是，轴0

（longitudinal）和轴2

（yaw），轴1（centerofgravity）和轴3

（yaw）。

1.2电机的标志定义

●MFLAGS（axis）bit1（#OPEN）

在龙门形式下，1：

开环操纵，使能longitudinal或yaw

●MFLAGS（axis）bit25（#GANTRY）1代表使能龙门操纵

1.3设置程序

以下设置程序针对两轴伺服处理器。

通过适当的修改轴号，我们可以将以下设置程序应用于其他伺服处理器上。

以下操纵的前提是假设两个龙门马达和驱动器都是一样的。

硬件设置：

1〕连接0轴和1轴的马达编码器线缆到编码器输入端子上〔只要马达号和编码器号匹配正确，哪个马达对应轴0或轴1都没有关系〕。

2〕分别连接轴0和轴1的驱动器输出到轴0和轴1相对应的马达上。

3〕设置SetMFLAGS（0）.25=0andMFLAGS

（1）.25=0以确保两种正常运转。

设置MFLAGS（0）.12=0,MFLAGS（0）.13=0,MFLAGS

（1）.12=0,andMFLAGS

（1）.13=0.

4〕翻开调试向导，按照普通独立轴的设置方法设置轴0.

对于初始调试，不要把位置误差极限设置的太小。

5〕保存结果到flash，转向轴1.

6〕将轴0的参数复制到轴1。

7〕跳到前面的调试和换向，确认轴0的参数可以让轴1运转良好〔确保轴0是Disable的〕

8〕使用终端或查看窗口，确认两个编码器工作正确而且读数方向一样。

可以通过Disable这两轴，用手推动这两轴到一个确定间隔查看编码器的读书和方向。

假如编码器极性不对，应该在硬件上进展修改〔交换A和A-〕。

1.4龙门调试

初始设置是让马达在非龙门形式下调试，每次只有一个轴使能。

下面我们要在龙门形式下调试这两个轴。

提示：

调试龙门系统必须具备伺服控制环路理论、柏德图、频率分析的知识，假如需要帮助请联络.

初始龙门调试：

1〕用手尽可能的将龙门轴的丝杠对其〔适用于柔性龙门系统〕。

假如存在穿插轴负载，将其放在中间位置。

2〕确认每个轴的调试参数是一样的。

3〕让马达以一样的速度规划运动一样的间隔。

4〕从SLVKP开场调节调试参数，之后调试SLVKI和SLPKP〔似乎SLVKP需要被减少〕。

为了防止两个马达由于伺服参数不匹配造成互相排挤，必须同时改变两轴的调试参数。

5〕时域调试成功完毕后，使用频率响应函数分析器〔FRF〕确认各轴的稳定性。

确保使用频率响应函数分析器对两轴都进展分析。

初始龙门形式调试完毕后，保存调试参数以便今后在回零程序中使用。

真正的龙门调试：

下一步是进入真正的龙门调试形式，优化longitudinal和yaw轴参数。

一定要记住，一旦进入龙门调试会有一些变化。

a〕FPOS（0）不再代表轴0的编码器，FPOS

（1）不再代表轴1的编码器。

此时FPOS（0）显示的是longitudinal的位置，也就是轴0和轴1编码器的平均值。

FPOS

（1）显示的是yaw轴的位置，也就是轴0和轴1编码器的差值。

b〕让轴0做longitudinal轴运动，这个命令是作用在两个马达上的。

让轴1做yaw轴运动，相反的命令被发送给两个马达。

〔提示：

硬龙门系统对于偏离轴运动响应不是很好〕

c〕轴0的调试参数控制longitudinal轴，轴1的伺服参数控制yaw轴。

d〕轴0的电流极限限制线性力。

轴1的电流参数限制旋转力矩。

记住这些变化，再次检查电流极限。

十分要留意，检查轴1的XCURV和

XCURI。

这些参数必须被限定，尤其对于刚性龙门系统。

留意：

由于XRMS仍然是两个独立马达或者驱动器电流的有效值的测试值，它不能被更改。

对于龙门形式之后的章节COG轴（center-of-gravity,longitudinal）对应0轴，Yaw-axis对于1轴。

1〕Disable马达，设置MFLAGS（0）.25和

MFLAGS

（1）.25为1.

2〕设置COG和Yaw调试参数的初始值。

COG的初始值可以设置为非龙门形式下轴0或轴1的参数。

大多数情况下，这可以导致一个稳定的伺服调试。

Yaw的调试参数通常要比这些值小。

3〕对于硬龙门系统，在调试COG轴时，有时候需要翻开Yaw控制环路。

怎样翻开？

4〕Enable马达，用FRF分析器优化COG轴调试参数

5〕用FRF分析器优化Yaw轴调试参数。

一旦龙门形式调试完毕，保存所以参数到flash

1.5换向

Commutationstartupisrequiredforfuturecontrollerpower-ups.

Itcanbedoneinseveraldifferentways:

换向启动将在将来的控制器上电时完成。

目前有几种方法完成。

●

换向命令换向命令可以用于最小闭环带宽30-40HZ的小型和中型龙门系统

●

步进形式换向在大型龙门系统应用中推荐使用这种方法

●

霍尔换向这种方法具有鲁棒性，适用于任何系统。

但是相对于之前的两种方法精度略低。

换向命令：

关于换向命令的具体介绍请参考SPiiPlusSetupGuide。

一定要留意，在龙门系统中使用换向命令时，一定要分别对每个马达分别使用，因此这一命令必须在非龙门形式下使用。

这是保存一组非龙门形式下调试参数的原因之一。

当使用换向命令时，推荐的操纵步骤如下：

1〕Disable马达进入非龙门形式（MFLAGS（0）.#GANTRY=0,MFLAGS

（1）.#GANTRY=0）

2〕下载非龙门形式下的调试参数

3〕Enable轴0，使用换向命令进展自动换向。

完毕后disable轴0

4〕轴1重复以上步骤

步进形式换向：

步进形式换向是让轴以开环步进形式运动直到找到indexes的经过。

一旦indexes被找到，换向相位从flash中取回。

当使用步进形式换向时，推荐使用以下步骤：

1〕Disable马达，进入非龙门形式（MFLAGS（0）.#GANTRY=0,MFLAGS

（1）.#GANTRY=0）

2〕以步进形式运行轴0〔整个经过中只有轴0是能动的〕，直到限位开关被触发（或停顿被发现）。

反向运行直到轴0和轴1的index被找到。

3〕Disable轴0，给轴0和轴1下载换向相位。

霍尔传感器换向：

霍尔传感器换向的具体介绍请参阅SPiiPlusACSPL+ProgrammersGuide.

换向经过完毕后可以进入龙门操纵形式。

但是，对于大倾斜偏置系统这不是最好的方法，由于这样可能造成yaw轴不稳定。

大多数情况下，当非龙门形式调试参数可用时，推荐先在非龙门形式下回零马达然后在进入龙门操纵形式

1.6回零和倾斜对齐

回零的方法有很多，在这里我们只关注更通用的两种方法：

限位开关回零和完毕停顿回零。

对于这两种方法我们都假设轴0和轴1上都存在indeses，而且回零经过已经成功完成。

限位开关回零：

限位开关回零是将两电机运动到限位开关然后退回到index的经过。

Index被用作新坐标平面的初始点。

回零可以在龙门形式下或非龙门形式下完成，推荐使用非龙门形式。

当在非龙门形式下使用限位开关回零时，推荐按照以下步骤：

1〕Disable限位开关的默认响应

2〕让两个马达同时朝一样方向同步运行

3〕一旦碰到一个限位开关，停顿相应的马达。

一旦两个限位开关都被发现反向并重置index标志。

4〕一旦轴0和轴1的indexes都被触发，停顿运动。

5〕用indexes设置各轴的零点位置

SETFPOS（0）=FPOS（0）（IND（0）OFFSET（0））

SETFPOS

（1）=FPOS

（1）（IND

（1）OFFSET

（1））

完毕停顿回零：

末端停顿回零是运动两个马到达物理末端然后返回index的经过。

通过监测位置误差可以判定什么时候末端停顿被触发。

对于这种方法，要想具有鲁棒性，必须先通过以一个相似的运动规划测试运动机台的最大位置误差〔尤其是有斜偏置存在时〕。

取一个略微大一点的值作为门限来判定末端停顿是否被触发。

这种方法可以在龙门形式和非龙门形式下使用，推荐在非龙门形式下使用。

在非龙门形式下使用末端停顿回零时，推荐使用以下步骤。

1〕减少两轴的输出电流以防止损伤负载或出现硬限位。

〔减少XCURIandXCURV〕

2〕

缓慢以一样方向挪动两轴

3〕一旦位置误差门限被超出，停顿相应轴的运动。

一旦两轴都停顿，反向运动，复位index标志。

4〕一旦两轴的index都被触发，停顿运动。

5〕重新设置输出电流〔重设XCURI和XCURV〕

6〕用index给每个周设置零位

SETFPOS（0）=FPOS（0）（IND（0）OFFSET（0））

SETFPOS

（1）=FPOS

（1）（IND

（1）OFFSET

（1））

进入真正的龙门形式：

从如今开场，我们进入真正的龙门形式操纵。

进入龙门真正的龙门形式需要按照以下步骤。

1〕Disable轴0和轴1

2〕设置MFLAGS（0）.#GANTRYandMFLAGS

（1）.#GANTRY，以允许龙门形式操纵

3〕下载龙门形式调试参数和平安参数。

自动斜对齐

不使用任何额外设备实现自动写对齐的简单方法是监控Yaw轴的驱动电流。

理论上来讲，当穿插轴非常完美的垂直时，Yaw轴只需要最小的驱动电流。

噪声问题会使对最小电流的搜索成为不可能，因此，这个经过只搜索一个电流的门限值。

电流门限选择必须大于任何噪声造成的电流波动值。

一个好的方法是用一个较小的门限开场运行自动斜对其屡次。

假如结果不是一致的，增加门限值重新开场。

这个门限值要比马达的有效电流值小一些。

电流搜索要在正负方向上都进展，当门限值增加了，Yaw轴反应位置要被保存。

两个位置反应的中点将被以为是Yaw轴驱动电流最小位置。

在使用Yaw轴驱动电流自动完成写对齐时，推荐使用以下步骤。

1〕朝一个方向渐渐运动Yaw轴

2〕监控驱动电流，一旦电流超过门限值，存储电流反应位置。

3〕反向运动Yaw轴直到电流门限再次超过门限，存储反应位置。

4〕两个反应位置的平均值是Yaw轴的偏置，这个偏置将会被用到。

设置Yaw轴反应位置即是当前反应位置减去Yaw轴偏置。

4〕存储Yaw偏置到flash中。

将来的回零程序可以从Flash中下载，到时候只需要步骤4就可以完成回零。

1.7平安考虑

由于两个马达之间存在耦合，龙门平台比单轴马达系统需要更多的保护控制，ACS公司在龙门控制支持中参加了大多数额外的保护功能，但是对于使用者来讲理解这些保护特点和理解他们会怎样影响终端用户是很重要的。

Enable/Disable

龙门马达

当两个马达是在龙门形式下时，他们本质上被当做一个大马达。

假如其中一个马达被Enable，另一个也会被Enable。

假如其中一个被disable,另一个也会被disable。

电流保护参数

如今电流保护参数XCURI和XCURV有了不同的意义。

由于这些原因，在系统从非龙门形式进入龙门形式时有必要更改一些这些参数的值。

XRMS保护值保持不变。

●COG轴：

XCURIandXCURV会分别限制闲置和峰值时的线性力矩。

COG轴电流输出将被平均作用在两个马达上。

●Yaw轴：

:

XCURIandXCURV将会分别限制限制和峰值时的旋转力矩。

Yaw电流输出会作用于两个马达。

一个马达得到正Yaw电流，另一个将会得到负Yaw电流。

为了减少被加载在机械构造上的额外力矩，最小化theXCURIandXCURV的值是很重要的。

举一个例子：

我们假设我们的驱动器是5A的连续电流，10A的峰值电流。

假如COG轴的。

XCURV是80〔代表8A〕，Yaw轴被设置20〔2A〕，在实际运动中，任何一个轴的电机得到10A的电流都是有可能的。

假如COG轴输出是8A，Yaw轴输出是2A，一个马达将会得到10A的电流，而两一个马达会得到6A的电流。

完毕语：

通过上面的设置调试，用户很轻易的就调试出比拟出色的龙门平台。

调试工具的人性化和简易化，即使你并不很懂伺服算法。

非常合适不精于开发伺服算法的控制工程师，或者电气工程师甚至机械专业工程师的使用。

以保证用户缩短机器研发时间，以及消费周期等方面有极大的效益。