SynqNet运动控制总线和直接驱动技术在数控系统中的应用.docx

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1、SynqNet运动控制总线和直接驱动技术在数控系统中的应用当代数控系统如数控机床和数控加工中心等等向着高速、高精度方向开展，如为了缩短辅助操纵时间、进步消费率，伺服轴的挪动速度要求超过120m/min；正在研制的超高精度镜面铣削加工中心，要求位置分辨率为1纳米；数控磨齿机的分度精度要求小于0.1角秒；惯导测试设备要求位置分辨率小于0.001角秒等等。这样高的精度，常规的旋转伺服电机+机械执行机构减速箱或者滚珠丝杆付等的传动技术不可能到达。由于机械执行机构和联轴器的误差、间隙和柔性，使伺服轴产生成带状分布的运动误差和失动，而不是一个恒值，严重影响伺服轴的运动精度和系统快速性。ALIGN=CENT

2、ERBM系列定子内径0.410mm到631600mm连续输出转矩45000Nm典型速度18krpm，最高可达80krpmBM系列定子内径0.410mm到631600mm连续输出转矩45000Nm典型速度18krpm，最高可达80krpm/align在数控技术上进步伺服轴运动精度的常规做法有两种：半闭环控制位置反应取至伺服电机轴端加存储式补偿间隙补偿和螺距误差补偿和全闭环控制位置反应取至伺服机械执行机构末端。半闭环控制加存储式补偿只能补偿带状分布误差带中的恒定局部，即丝杠螺距误差和传动间隙故称这种补偿为螺距误差补偿和间隙补偿，不能知足高精度数控系统的精度要求。全闭环控制将伺服机构置于闭环控制之中

3、，使由它们产生的误差得到闭环补偿。但要获得好的控制效果，要求高的位置环增益；而伺服机构、联轴器的误差、间隙和柔性，使得系统难以得到很高的位置环增益，补偿效果仍不理想，不能知足超高速、超高精度数控系统的精度和快速性要求。只有去掉机械传输等伺服执行机构，伺服电机直接耦合或者融入到负载上，即直接驱动技术，才能消除间隙、柔性和其它与机械传送相关的问题，以知足超高精度的数控系统对精度和快速性的要求。直接驱动技术直接驱动技术有旋转运动和直线运动两种根本方式。直接驱动旋转轴A、B、C轴的伺服电机称为直接驱动旋转DDR电机，通常要求低转速、大转矩、转角高分辨率。DDR电机与负载的连接有两种方式无需联轴器：一种

4、是带有中空轴的有框架DDR电机，负载轴直接插入电机的中空轴；另一种是无框架分装式DDR电机，定子安装在负载的框架上，转子直接安装在负载轴上，将电机转子成为负载的一局部，可以为用户提供特别紧凑的机械设计解决方案。DanaherMotion公司的有框架GOLDLINEDDR电机，有低压115/230VacD系列和高压400/480VacDH系列两种电压规格，4种框架尺寸，3种铁心长度，共12种型号。配置Cross-Roller精细轴承；中空轴，法兰安装，端面直径从6.9314.25；连续转矩从5.3339Nm，峰值转矩从16.91340Nm；最高转速可达800rpmDH06；装备正余弦编码器的位置

5、分辨率可达21位2,097,152counts/r，重复精度0.62角秒。align=centerCARTRIDGEDDR电机运输时电机转子通过夹具固定在定子框架内/alignDanaherMotion公司的无框架DDR电机，有F/FH系列、RBE系列、BM系列等，有多种定子内径尺寸和转子长度，F/FH系列合适低速、小直径、大转矩的应用，RBE合适高速、小直径、小转矩的用处，BM系列是专为高速、大直径、大转矩用处而设计的电机。BM系列速度通常18000rpm，特殊设计可达80000rpm，直径最大可达1600mm，连续输出转矩高达45000Nm；RBE系列定子内径尺寸从21.3mm到239mm

6、；F/FH系列连续转矩可达369Nm，定子绕组特性与有框架GOLDLINEDDR电机一样；用DanaherMotion公司的ServoStarS600驱动器驱动，位置分辨率可达28位268,435,456counts/r，位置重复精度可达0.00048角秒，用户可以选配高分辨率的正余弦编码器以进步系统精度和带宽。DanaherMotion公司创新设计的C/CH系列模块化有框架CARTRIDGEDDR电机，率先将无框架DDR技术的节省空间与性能上风和有框架电机的便捷安装融为一体。电机内没有轴承,利用负载轴的轴承支撑电机转子，类似无框架DDR电机；定子框架通过法兰和止口与负载连接，类似有框架DDR

7、电机。转子与负载通过一种新奇的压缩连接构造与负载轴严密地连接到一起，使电机转子和负载成为整体，消除了电机与负载之间的间隙和柔性，连接刚性极大地进步，不再需要像传统电机那样要求惯量匹配，通常允许有250:1的惯量失配，最高可达800:1，使得系统可以获得较高的增益而不会振荡，系统带宽极大地进步；因电机内没有精细轴承而降低了本钱，具有比有框架GOLDLINEDDR电机具有更高的性价比；与F/FH系列无框架DDR电机相比，无需考虑电机构造设计，简化了机械设计和安装；CARTRIDGEDDR电机可以在任何方向上安装，可以程度安装或者竖直安装，但用户需要选择相应的转子负载轴承；电机绕组设计有低压C115

8、/230Vac系列和高压CH400/480Vac系列；连续转矩从50到504Nm,峰值转矩从120到1016Nm；最大转速可达1200rpm。align=center有框架GOLDLINEDDR电机/align直接驱动数控系统直线轴X、Y、Z轴的伺服电机称为直接驱动直线DDL电机，直线电机主要由以下几局部组成：线圈总成通常是动子，永磁体总成通常是静子和直线编码器以及直线导轨、轴承等框架设计的机械构造等。直线电机的特点是：负载与电机动子严密地结合在一体，系统高刚度、高动态性能，工作平稳，定位精度高，调速范围宽，调整简单：只需要调整无框架直线电机线圈与磁体之间的气隙。align=center无铁心

9、系列IC有铁心系列/alignDanaherMotion公司的PLATINUMDDL电机有3个系列：IL无铁心，IC有铁心系列和ICD小型有铁心系列。IL无铁心系列：峰值推力为601600N，连续推力为21450N。特点是：零齿槽效应，无电磁吸力，运动平稳，可以以1微米/秒的最低速度运行，小质量的线圈总成，能产生高加速度。IC有铁心系列：峰值推力19015625N，连续推力7312023N。特点是：防齿槽效应专利技术，能在无磁体偏置条件下降低齿槽效应；高电机常数Km；高推力密度。ICD小型有铁心系列：峰值推力1701130N，持续推力57315N。特点是：尺寸极小；电磁吸力小；适用于交换某些无

10、铁芯电机的应用。直接驱动技术的特点由此可以总结出DDR和DDL直接驱动的特点：低转速/大转矩：由于直接驱动没有中间机械传动环节齿轮箱、丝杠/螺母，齿轮/齿条，齿轮/齿形带，皮带/皮带轮，联轴器的降低转速/放大转矩的作用，要求直接驱动电机低转速/大转矩，故又称直接驱动电机为力矩电机。免维护：由于直接驱动没有中间机械传动环节齿轮箱、丝杠-螺母，齿轮-齿条，齿轮-齿形带，皮带-皮带轮，联轴器等，无需对中间传动环节进展机械维护。只有直接驱动直流无刷电机电机一个驱动部件，由于直流无刷电机没有电刷也不需要维护。零间隙，高刚度低柔性：由于直接驱动没有中间机械传动环节，不存在中间机械传动环节的传动间隙齿轮间隙

11、，丝杠/螺母间隙，没有中间机械传动环节存在的柔性的问题。极好的伺服性能：由于直接驱动具有零间隙，高刚度，伺服环速度环，位置环可有较高的闭环带宽。高带宽使系统有极快的响应速度和抗负载扰动的才能。具有较大的加/减速负载的才能：不存在惯量匹配问题，电机的加速才能全部用来加速负载，无需加速中间机械传动环节。极好的低速和高速性能：直接驱动直线电机可以获得低于1微米/秒的低速和获得5米/秒以上的高速。极高的精度：由于没有中间机械传动环节的传动误差，直接驱动可以获得极高的位置精度。定位精度绝对位置精度取决于反应装置的精度，重复定位精度取决于系统的分辨率。用具有28bits分辨率的S600驱动器驱动直线电机可

12、以获得0.12纳米极距/分辨率32mm/228的重复定位精度。用具有28bits分辨率的S600驱动器驱动无框架直接驱动旋转电机可以获得0.005角秒360度/分辨率360度/228的重复定位精度。紧凑/坚实的外形：无框架直接驱动电机是机器的一局部，使机器的外形更加美观。静音运行：运行时没有中间机械传动环节的运行噪音。在实际应用中，有高速、超精度要求的伺服轴可以采用直接驱动技术，而其它轴仍采用常规伺服或者步进电机技术，即所谓“混合驱动形式。直接驱动伺服系统对控制器的需求为了知足高速、高精度伺服轴的控制要求，需要有高性能的多轴运动控制卡，64位DSP或者CPU逐渐成为运动控制卡的主流，运算速度大

13、大进步；为解决控制卡到伺服驱动器之间的信号高速、高分辨率、高可靠性传输问题，以往的模拟量信号或者现场总线级总线都难以知足要求，尤其是多轴应用，需要速度快、可靠性高的运动控制级总线。DanaherMotion公司开发的SynqNet运动控制总线及控制卡很好地解决了这些问题。align=center正常时双环路数据途径可选，一条通道备用断线时自动识别故障点故障点隔离网络重配置启用备用通道，建立两条数据途径恢复通讯/alignSynqNet运动控制总线及运动控制卡SynqNet运动控制总线SynqNet运动控制总线是DanaherMotion公司开发的、基于工业以太网的运动控制级总线。SynqNet

14、运动控制总线是一个高性能、全数字的开放性同步运动控制网络，它采用一种实时、同步数字网络专利技术及双冗余数据通道设计，进而可在各种复杂应用中实现卓越的运动性能，并确保机器运行的高可靠性。高性能的运动网络需要亲密治理的定时机制，以确保多个轴的同步和实时更新。尽管以太网为采用分布式控制的一般应用提供了足够性能，但它的速度过慢，无法在苛刻的环境中使用，在这些环境中，人们需要使用一个快速同步网络将集中式运动处理器与多个伺服轴相连。SynqNet是第一个贸易性100BaseTIEEE802.3网络，提供了集中式控制模型的全部性能上风，在性能、容错、可靠性和诊断功能上都得到增强。SynqNet专门支持高性能

15、集中式控制系统，具有自修复操纵、基于发现的简单组态以及很高的抗噪声干扰性能。另外，SynqNet还得到提供诸多低本钱产品的多家驱动器供给商的支持，提供了独特的性能/价格比上风，进而被越来越多的行业巨头和原始设备供给商OEM客户所采用。SynqNet运动控制总线技术上风SynqNet运动控制总线具有以下特性：开放式、经现场验证的IEEE802.3-100BaseT物理层；针对噪声抗扰度和电缆短路的电气隔离、冗余自恢复的容错网络，自动网络组态和完好性检验，确保网络的可靠性；节点之间电缆可长达100米，利于实现分布控制；伺服驱动器转矩刷新率高达48kHz20.83us，ZMP卡带4轴时，确保伺服准确

16、与快速的兼顾性能，利于实现集中控制，合适控制复杂机器的中央控制体系构造；支持多达32个协调轴，实现多轴协调控制；固件/驱动配置可下载，便于实现电机驱动性能的远程组态、更新和故障诊断；开放的/经济有效的设计、多厂商支持的解决方案；SynqNet运动控制总线：冗余自恢复的容错网络支持SynqNet运动控制总线的运动控制卡这是一款高性能的运动控制卡，MEI的应用程序编程接口MPI设计用于多线程环境，支持Windows2000/NT/XP及以下实时操纵系统：VxWorksenturComRTXynxOS、PharLapETS和QNX硗猓琇inux版本的MPI还可用于RedHat操纵系统。MPI应用程序

17、很轻易在MicrosoftVisualStudio或者BorlandC+Builder等集成开发环境中进展开发。根据操纵系统的不同，也可以使用其它编译程序，如Linux通用GNU编译程序。所有其它运动实用程序和软件工具都可在Windows2000/NT/XP系统上运行。假如运动控制主机运行Linux、VxWorks或者其它实时操纵系统的情况下，所有实用程序都具有TCP/IP功能，允许远程主机运行应用程序。MEISynqNet是一些基于PC的平台，但eXMP-SynqNet独立控制是例外，它是计算机和SynqNet控制器在的一种方便组合。ZMP-SynqNet-PCI运动控制卡采用实时64位双精

18、度浮点MotorolaPowerPC微处理器，CPU466MHz、16MB133MHzSDRAM，强大的处理才能和运算速度，使理论上处理4个伺服轴时节点伺服刷新率高达48kHz，处理12个伺服轴时节点伺服刷新率高达16kHz。使用带有MEIMechaWare库的MatLab?和Simulink?，可以迅速建立任何系统的模型，并通过SynqNet控制器加以实现：多种滤波器、状态观察器、状态反应、坐标转换、使用ZMP的64位双精度计算、复杂传动跟随方法、增益切换、振动控制、复杂多入多出MIMO的工厂模型、易于定义的台架控制拓扑构造，以及可以设计自定义控制方案等等强大功能。SynqNet运动控制总线及运动控制卡的应用在伺服更新速率、远程诊断以及效劳通道方面，SynqNet是目前为止市场上出现的性能最高的运动网络。大量的市场应用案例已经证实，作为一个高性能、全数字的同步运动控制网络，SynqNet可以帮助用户极大地降低本钱，缩短机器设计和制造的周期。SynqNet非常适用于半导体、电子组装、平板显示器、医疗、数控系统以及工业机器人行业中的机器级控制。十分对于医疗应用来讲，SynqNet是唯一的一个可获得高平安性和高机器利用率的“自修复容错运动网络。