若無(wú)精密運(yùn)動(dòng)控制，人工智能（AI）與自動(dòng)駕駛車(chē)輛至今仍將是科幻概念。畢竟，當(dāng)今世界的運(yùn)轉(zhuǎn)依賴(lài)于半導(dǎo)體——尤其是集成電路。現(xiàn)代CPU、微控制器和內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)，完全得益于對(duì)亞微米甚至納米級(jí)可重復(fù)性運(yùn)動(dòng)控制能力的不斷提升。

 

 

 

 

20世紀(jì)60年代首批微處理器中的結(jié)構(gòu)尺寸約為10微米，而最新一代芯片的尺寸已縮小至個(gè)位數(shù)納米。人們熟知的摩爾定律所描述的物理尺寸持續(xù)縮小，不僅推動(dòng)了芯片性能和算力的不斷提升，也因每片晶圓可產(chǎn)出的芯片數(shù)量增加而降低了成本。若沒(méi)有運(yùn)動(dòng)控制、精密機(jī)械和光學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，這樣的發(fā)展將無(wú)從實(shí)現(xiàn)。

 

高精度使運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)制造與檢測(cè)流程的自動(dòng)化。若無(wú)精確的規(guī)格要求，工藝質(zhì)量將無(wú)法得到保障。雖然自動(dòng)化任務(wù)均需以精度為前提，但所需精度水平取決于該工藝對(duì)位置誤差（如準(zhǔn)確性與可重復(fù)性誤差）的敏感程度。

 

舉例而言，牛奶灌裝工廠可能僅需0.25毫米量級(jí)的精度，而半導(dǎo)體掩模檢測(cè)系統(tǒng)則要求達(dá)到個(gè)位數(shù)納米量級(jí)的精度。在運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域，“精密運(yùn)動(dòng)”這一術(shù)語(yǔ)特指微米及亞微米級(jí)別的準(zhǔn)確性與可重復(fù)性規(guī)格。據(jù)Aerotech公司控制產(chǎn)品管理組負(fù)責(zé)人Brett Heintz介紹，此類(lèi)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)能夠在數(shù)米行程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)位移解析。

 

“形象地說(shuō)，這種超高分辨率就好比觀察一張美國(guó)大陸的航拍圖時(shí)，能清晰識(shí)別出洛杉磯與紐約之間某處的一支鉛筆橡皮頭，”Heintz解釋道，“對(duì)于醫(yī)療器械制造商、半導(dǎo)體設(shè)備制造商、電子設(shè)備制造商及國(guó)防承包商而言，此類(lèi)精度水平至關(guān)重要。這些行業(yè)都依賴(lài)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)確保產(chǎn)品符合嚴(yán)苛的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。”

 

精密運(yùn)動(dòng)控制在本質(zhì)上體現(xiàn)為系統(tǒng)最小化指令位置、速度及扭矩偏差的能力，確保機(jī)械運(yùn)動(dòng)具備極高的準(zhǔn)確性與一致性，還包括系統(tǒng)在移動(dòng)或定位過(guò)程中保持指令位置穩(wěn)定的能力。精密既關(guān)乎最終定位的準(zhǔn)確度，又涉及多次嘗試達(dá)成該位置的重復(fù)性，其對(duì)提升制造公差具有決定性作用，并能顯著提高產(chǎn)品性能、可靠性和使用壽命。

 

Copley Controls產(chǎn)品管理與市場(chǎng)總監(jiān)Ryan LaVoie指出：精密運(yùn)動(dòng)控制的終極價(jià)值，在于確保零部件嚴(yán)格按規(guī)格生產(chǎn)，從而減少誤差、提升產(chǎn)品整體質(zhì)量。精度不足將直接導(dǎo)致自動(dòng)化產(chǎn)出品質(zhì)低劣，最終影響終端產(chǎn)品的性能與可靠性。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制確保穩(wěn)定性能

在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，精度至關(guān)重要——它能保證系統(tǒng)在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、一致且可靠的性能，即使微小偏差也可能導(dǎo)致故障或良率下降。Physik Instrumente公司的Cliff Jolliffe、Scott Jordan和Stefan Vorndran指出：定位精度直接影響工藝波動(dòng)性，但這并非唯一的影響因素。

 

他們解釋道：這是機(jī)械結(jié)構(gòu)（包括反饋裝置的有無(wú)）、電子元件質(zhì)量，以及生成并修正所需軌跡的運(yùn)動(dòng)控制器性能共同作用的結(jié)果。最終會(huì)影響整體精度進(jìn)而改變工藝波動(dòng)的其他因素，還包括傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性或系統(tǒng)調(diào)用的其他運(yùn)動(dòng)生成與調(diào)整依據(jù)。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)更高速度

 

運(yùn)動(dòng)控制中的精度可確保工藝與性能的準(zhǔn)確性、一致性和可重復(fù)性，即使在運(yùn)行速度不斷提升的情況下。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)而言，精密性至關(guān)重要的原因有很多——準(zhǔn)確、一致且可重復(fù)的工藝能帶來(lái)性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的預(yù)期產(chǎn)出。

 

“精密性還能支持工藝以更高速度運(yùn)行，”Zero-Max公司銷(xiāo)售與市場(chǎng)副總裁Brian Mishuk強(qiáng)調(diào)，“在保持高質(zhì)量和一致性的同時(shí)縮短周期時(shí)間，從而降低生產(chǎn)成本。”

 

精密運(yùn)動(dòng)控制的定義

 

在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，精密性通常由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度與重復(fù)精度來(lái)定義。當(dāng)向系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，用戶(hù)期望系統(tǒng)能精確到達(dá)指定位置。然而，系統(tǒng)內(nèi)部誤差和外部干擾都可能導(dǎo)致定位偏差。

 

以飛鏢靶心為例說(shuō)明精度控制的重要性，體現(xiàn)在可重復(fù)的準(zhǔn)確性

 

準(zhǔn)確度指實(shí)際位置與指令位置之間的偏差；重復(fù)精度則反映系統(tǒng)多次返回同一指令位置時(shí)的誤差波動(dòng)。以飛鏢靶心為例形象說(shuō)明：若飛鏢散落靶面各處，說(shuō)明投擲過(guò)程既不可重復(fù)也不準(zhǔn)確；只有當(dāng)飛鏢持續(xù)命中靶心，才同時(shí)滿(mǎn)足高準(zhǔn)確度與高重復(fù)精度的要求。若飛鏢密集落在遠(yuǎn)離靶心的區(qū)域，則投擲過(guò)程可重復(fù)但欠準(zhǔn)確；若飛鏢密集命中靶心或其周邊區(qū)域，則投擲過(guò)程兼具可重復(fù)性與準(zhǔn)確性。

 

Heintz進(jìn)一步說(shuō)明：精密性指標(biāo)還可包含最小增量運(yùn)動(dòng)和在位穩(wěn)定性等參數(shù)——前者定義為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的最小分辨步距，后者指位置指令恒定期間系統(tǒng)在特定時(shí)段內(nèi)的位移波動(dòng)。Jolliffe、Jordan與Vorndran指出，精密作為經(jīng)典機(jī)械工程術(shù)語(yǔ)，其正式定義為：通過(guò)理想標(biāo)尺測(cè)量的多次定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)于平均值的離散程度。

 

他們解釋道：雖然這受到硬件傳統(tǒng)精度規(guī)格的影響，但實(shí)際上涉及的因素要多得多。根據(jù)系統(tǒng)要求，精度還可能包括速度和多維路徑的控制一致性，以及將偏差最小化的能力。

 

除了可重復(fù)性（即始終返回同一位置的能力）之外，精度還包括諸如最小增量運(yùn)動(dòng)（常與傳感器分辨率混淆）和準(zhǔn)確度（實(shí)際位置與目標(biāo)位置的匹配程度）等因素。在某些應(yīng)用中，基于預(yù)定義坐標(biāo)和速度的路徑跟蹤可能不是最高優(yōu)先級(jí)，而基于某些外部反饋精確跟蹤目標(biāo)可能更為重要。

 

例如，某個(gè)應(yīng)用可能要求以統(tǒng)計(jì)有效的方式實(shí)現(xiàn)光纖與激光二極管0.02分貝的耦合可重復(fù)性。傳統(tǒng)的定位重復(fù)性雖然重要，但不足以達(dá)成這一目標(biāo)。更為關(guān)鍵的是控制器內(nèi)置對(duì)準(zhǔn)算法的性能表現(xiàn)，而算法完成這一工作的速度同樣是需要考慮的重要因素。

 

PI團(tuán)隊(duì)指出：要討論所有這些因素，供應(yīng)商不僅需要精通運(yùn)動(dòng)控制，還要了解該應(yīng)用領(lǐng)域的整體挑戰(zhàn)。因此，我們會(huì)將運(yùn)動(dòng)控制中的精度定義放在具體應(yīng)用場(chǎng)景及其目標(biāo)的深入討論框架下來(lái)考量。

 

制造業(yè)中的精密運(yùn)動(dòng)控制

 

精密運(yùn)動(dòng)控制是醫(yī)療設(shè)備制造、半導(dǎo)體器件生產(chǎn)、電子制造和國(guó)防工業(yè)自動(dòng)化的基石。這些領(lǐng)域的從業(yè)者依靠精密運(yùn)動(dòng)技術(shù)規(guī)范來(lái)確保其產(chǎn)品和工藝的質(zhì)量。

 

在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)，制造商必須滿(mǎn)足監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定的嚴(yán)格質(zhì)量要求。數(shù)十年來(lái)，生產(chǎn)冠狀動(dòng)脈支架、人工晶體和心臟起搏器的制造商一直依賴(lài)精密運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，以滿(mǎn)足這些植入人體的關(guān)鍵醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

 

在國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域，承包商利用精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)定位自由空間通信系統(tǒng)，通過(guò)控制反射鏡的旋轉(zhuǎn)精度達(dá)到亞角秒級(jí)分辨率。在半導(dǎo)體行業(yè)，精密運(yùn)動(dòng)技術(shù)過(guò)去50年來(lái)一直是推動(dòng)摩爾定律發(fā)展的關(guān)鍵因素。在光刻、晶圓測(cè)試和組裝工藝中，高精度運(yùn)動(dòng)控制至關(guān)重要——即使個(gè)位數(shù)納米的誤差都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。

 

“晶體管特征尺寸的持續(xù)微縮要求掩模檢測(cè)、晶圓定位和后道工藝都必須實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制，”Heintz指出，“當(dāng)前最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝需要采用磁懸浮平臺(tái)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能在亞納米級(jí)精度下實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)具備高動(dòng)態(tài)階躍與穩(wěn)定能力。”

 

精密運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)生重大影響的其他實(shí)際應(yīng)用還包括：晶圓制造（提升晶體管密度與產(chǎn)能）、

機(jī)器人輔助手術(shù)（實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的微創(chuàng)操作，縮短恢復(fù)周期）、顯微計(jì)量檢測(cè)、芯片引線鍵合、

3D打印、離子注入、醫(yī)學(xué)成像。

 

高精度運(yùn)動(dòng)控制在制造業(yè)中的應(yīng)用

 

Jolliffe、Jordan和Vorndran指出，在激光材料加工中，定位器的精度直接影響加工質(zhì)量。使用精度不足的定位器——即重復(fù)精度、路徑控制和速度控制較差的設(shè)備——將導(dǎo)致零件一致性差、良率低下。激光切割和鉆孔中的典型問(wèn)題包括：孔洞呈橢圓形并帶有不規(guī)則凸起而非完美的圓形；或因控制器或機(jī)械結(jié)構(gòu)無(wú)法補(bǔ)償理想側(cè)壁輪廓而導(dǎo)致的不良錐度側(cè)壁。隨著產(chǎn)能提升，這類(lèi)誤差會(huì)被進(jìn)一步放大。

 

在顯微鏡領(lǐng)域，掃描或切片樣本后返回指定位置（如進(jìn)行進(jìn)一步分析）的能力取決于定位器的重復(fù)定位精度。在光子學(xué)領(lǐng)域，光子集成電路（PIC）的需求預(yù)計(jì)將很快增長(zhǎng)三個(gè)數(shù)量級(jí)。精確定位和識(shí)別最佳對(duì)準(zhǔn)位置的能力，取決于定位器掃描光子耦合并可靠返回觀測(cè)或計(jì)算得出的最大光子通量點(diǎn)的性能。要實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)、測(cè)試和組裝設(shè)備的精度必須達(dá)到數(shù)十納米級(jí)別。

 

在航空航天應(yīng)用中，精度對(duì)于衛(wèi)星間自由空間光通信所用的光束導(dǎo)向系統(tǒng)以及相機(jī)和光學(xué)元件的對(duì)準(zhǔn)至關(guān)重要。從最新一代手機(jī)攝像頭到現(xiàn)代光刻系統(tǒng)中使用的高度復(fù)雜透鏡和反射鏡，高精度光學(xué)器件的制造通常需要納米級(jí)甚至亞納米級(jí)的精度控制。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制面臨的挑戰(zhàn)

 

高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的成功實(shí)施受諸多因素影響，其中尺寸公差、慣性參數(shù)、環(huán)境條件和機(jī)械磨損都是需要重點(diǎn)考量的要素。而最關(guān)鍵的因素在于系統(tǒng)所有組件的選型匹配。

 

Mishuk指出：系統(tǒng)可能配備了極高精度的伺服電機(jī)、齒輪箱或執(zhí)行器，但若未正確選配連接組件，其性能潛力將無(wú)法充分發(fā)揮。例如，若采用低性能聯(lián)軸器連接這些精密驅(qū)動(dòng)部件，輸出的一致性和速度都會(huì)受到影響。組件間的軸連接可靠性同樣至關(guān)重要，特別是在高循環(huán)頻率和短周期時(shí)間的系統(tǒng)中。

 

ZERO-MAX 運(yùn)動(dòng)控制單元

 

實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制的其他關(guān)鍵因素，還包括反饋裝置的精度、重復(fù)性和分辨率。具體挑戰(zhàn)涉及電磁干擾、執(zhí)行器加工誤差、控制系統(tǒng)響應(yīng)性（伺服環(huán)路帶寬）、軸承公差、永磁電機(jī)齒槽效應(yīng)。此外，動(dòng)態(tài)負(fù)載變化（如機(jī)械臂伸展時(shí)）、高齒槽效應(yīng)的低質(zhì)電機(jī)、劣質(zhì)反饋系統(tǒng)、機(jī)械平面度/直線度以及信號(hào)噪聲等，也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精度。

 

LaVoie解釋道：噪聲可能通過(guò)多種途徑傳入系統(tǒng)，如劣質(zhì)線纜、屏蔽不足、接地不良、電纜過(guò)長(zhǎng)及網(wǎng)絡(luò)速率限制等。評(píng)估運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)精度時(shí)，既要獨(dú)立分析每個(gè)組件，又要考量其在整體系統(tǒng)中的協(xié)同表現(xiàn)。

 

試想一個(gè)采用高性能伺服驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)具備高帶寬和快速電流環(huán)更新，電機(jī)為零齒槽設(shè)計(jì)確保運(yùn)行平穩(wěn)，控制器通過(guò)EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸。但若選配的編碼器分辨率/精度/重復(fù)性不足，這些優(yōu)質(zhì)組件的優(yōu)勢(shì)將難以體現(xiàn)。

 

同理，若運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)將精密直線執(zhí)行器（極小背隙）與高分辨率編碼器搭配使用時(shí)，卻采用設(shè)計(jì)不良的機(jī)械聯(lián)軸裝置導(dǎo)致最終裝配存在游隙，那么高精度組件的優(yōu)勢(shì)也將被抵消。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制中的空程挑戰(zhàn)

 

要實(shí)現(xiàn)高精度，必須有效控制空程誤差源。無(wú)論是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)還是直線系統(tǒng)，采用低背隙或零背隙組件來(lái)消除空程源都是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考量因素。

 

Mishuk指出，扭矩作用下產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)形變是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中另一個(gè)空程來(lái)源。因此，提高扭轉(zhuǎn)剛度可顯著提升多數(shù)設(shè)計(jì)的精度。同時(shí)，同心度精度也至關(guān)重要。任何偏心量都會(huì)影響安裝組件的平衡性，特別是當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到更高轉(zhuǎn)速時(shí)，這種不平衡會(huì)引發(fā)振動(dòng)和機(jī)械噪聲，進(jìn)而影響設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性及加工精度。

 

在批量生產(chǎn)或多工序加工場(chǎng)景中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精度至關(guān)重要——這些環(huán)節(jié)極易引入延誤和誤差。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括裝配與包裝工藝流程。

 

Mishuk解釋道：對(duì)于需執(zhí)行多道工序的機(jī)床或加工中心的XYZ軸定位系統(tǒng)而言，精度提升能顯著增加產(chǎn)出，同時(shí)保障質(zhì)量并減少?gòu)U料。無(wú)論是長(zhǎng)期研發(fā)測(cè)試還是短期產(chǎn)線質(zhì)檢，高速測(cè)試設(shè)備都能通過(guò)精度提升獲得更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制中的振動(dòng)挑戰(zhàn)

 

一般而言，隨著精度要求的提升，技術(shù)挑戰(zhàn)將呈幾何級(jí)增長(zhǎng)。機(jī)械層面的問(wèn)題包括摩擦、背隙、振動(dòng)以及軸承噪聲。最佳解決方案包括采用無(wú)摩擦空氣軸承、磁軸承或柔性支撐機(jī)構(gòu)，以及線性/力矩電機(jī)、壓電驅(qū)動(dòng)等無(wú)摩擦直驅(qū)電機(jī)。

 

“當(dāng)然，最大的挑戰(zhàn)在于這些應(yīng)用的成功不僅取決于精度，”Jolliffe、Jordan和Vorndran解釋道，“還需綜合考慮環(huán)境振動(dòng)與運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)的控制等諸多因素。理想情況下，運(yùn)動(dòng)控制供應(yīng)商應(yīng)充當(dāng)咨詢(xún)合作伙伴，借鑒同類(lèi)應(yīng)用的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)。”

 

無(wú)論是外部振動(dòng)源、系統(tǒng)內(nèi)部振動(dòng)（來(lái)自電機(jī)或軸承），還是由快速加速或速度控制不良引發(fā)的振動(dòng)，都會(huì)影響系統(tǒng)性能?？赏ㄟ^(guò)以下方案應(yīng)對(duì)：剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能控制算法（如輸入整形、伺服增強(qiáng)或NanoPWM驅(qū)動(dòng)）、集成式振動(dòng)抑制單元。

 

對(duì)于地基傳導(dǎo)的外部振動(dòng)，可采用被動(dòng)氣浮隔振系統(tǒng)或主動(dòng)式（主要基于壓電技術(shù)）振動(dòng)消除系統(tǒng)，例如TMC公司的Stacis III系統(tǒng)。

 

許多高性能伺服驅(qū)動(dòng)制造商（如Copley）都提供系統(tǒng)級(jí)的機(jī)械振動(dòng)與諧振抑制工具及算法。通過(guò)頻域分析技術(shù)，可在運(yùn)行正弦掃描時(shí)顯示系統(tǒng)頻率響應(yīng)，從而對(duì)嵌套的電流/速度/位置環(huán)進(jìn)行頻域調(diào)諧。

 

LaVoie解釋道：伯德圖能清晰顯示諧振峰，通過(guò)添加濾波器即可消除機(jī)械諧振。此外，頻域分析有助于更準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。工程師可通過(guò)分析伯德圖確保相位裕度與增益裕度達(dá)標(biāo)，從而有效預(yù)防系統(tǒng)失穩(wěn)和振蕩。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制中的傳感器帶寬挑戰(zhàn)

 

在傳感器帶寬、分辨率和精度方面，編碼器的分辨率與線性度是主要誤差源。采用高節(jié)距編碼器、控制器固件線性化算法及外部干涉儀可顯著提升系統(tǒng)精度。而控制系統(tǒng)帶寬不足會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)遲滯、跟隨誤差和穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)等問(wèn)題。Jolliffe、Jordan和Vorndran指出，選擇具有高伺服更新速率和基于EtherCAT架構(gòu)的系統(tǒng)是成功的關(guān)鍵一步。

 

另一項(xiàng)挑戰(zhàn)在于，運(yùn)動(dòng)控制供應(yīng)商提供的規(guī)格參數(shù)常與實(shí)際應(yīng)用需求脫節(jié)。例如，重復(fù)精度測(cè)試通常采用蜂巢圖方式：先進(jìn)行N次單向運(yùn)動(dòng)，再進(jìn)行N次反向運(yùn)動(dòng)。此類(lèi)測(cè)試中，通過(guò)正向步進(jìn)與反向步進(jìn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)“證明”重復(fù)精度。
 

PI的這款六自由度閉環(huán)樣本定位臺(tái)采用并聯(lián)運(yùn)動(dòng)柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并配備電容式位置反饋系

 

問(wèn)題在于整個(gè)測(cè)試僅包含一次反向運(yùn)動(dòng)，因此實(shí)際上并未產(chǎn)生N個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。更具統(tǒng)計(jì)效力的方法是：從M個(gè)隨機(jī)偏移位置分別出發(fā)，每次執(zhí)行隨機(jī)位移后返回原點(diǎn)。通過(guò)大量（M次）試驗(yàn)記錄每個(gè)隨機(jī)偏移位置與返回位置間的測(cè)量差值，最終可構(gòu)建出定位器重復(fù)精度的典型高斯分布統(tǒng)計(jì)圖。

 

“請(qǐng)注意每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都包含反向運(yùn)動(dòng)過(guò)程，”PI團(tuán)隊(duì)解釋道，“這更符合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。但該測(cè)試方法耗時(shí)較長(zhǎng)，能充分暴露運(yùn)動(dòng)裝置的缺陷，因此只有最具信譽(yù)的供應(yīng)商才會(huì)采用。”

 

由于多數(shù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需進(jìn)行多方向運(yùn)動(dòng)，其綜合性能不能簡(jiǎn)單通過(guò)單個(gè)組件、執(zhí)行器或平臺(tái)的規(guī)格參數(shù)推導(dǎo)得出。多軸誤差映射雖復(fù)雜，卻能顯著提升多軸運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的精度。另一項(xiàng)挑戰(zhàn)在于：數(shù)據(jù)常以靜態(tài)形式呈現(xiàn)，而運(yùn)動(dòng)本質(zhì)是動(dòng)態(tài)過(guò)程。系統(tǒng)在100 mm/s輪廓速度下的性能表現(xiàn)，可能完全不同于300 mm/s時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

 

實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)高精度面臨的常見(jiàn)挑戰(zhàn)包括系統(tǒng)剛度、環(huán)境影響、工作點(diǎn)偏移和系統(tǒng)復(fù)雜性等。運(yùn)動(dòng)控制供應(yīng)商在設(shè)計(jì)高精度組件（從安裝面、軸承導(dǎo)軌到伺服系統(tǒng)）時(shí)都會(huì)重點(diǎn)考慮剛度因素。但在安裝精密運(yùn)動(dòng)設(shè)備時(shí)，必須全面考量整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)量閉環(huán)特性。

 

Heinz指出，這包括機(jī)床基體材料（如花崗巖、面包板等）、工藝設(shè)備和負(fù)載的剛度。當(dāng)精度要求達(dá)到微米甚至納米級(jí)時(shí)，熱膨脹和地面振動(dòng)等環(huán)境因素將持續(xù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。若不加以控制，這些影響極易導(dǎo)致系統(tǒng)失效。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，可能需要通過(guò)隔離空調(diào)氣流來(lái)降低環(huán)境影響；而對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)，則需確?？刂乒竦撞坑谐渥愕臍饬魍ㄟ^(guò)。

 

精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)依賴(lài)位置反饋裝置來(lái)閉合伺服環(huán)以抑制噪聲。從工作點(diǎn)（即目標(biāo)位置）到反饋裝置的距離會(huì)放大偏軸誤差，如滾動(dòng)、俯仰和偏航誤差。Heintz指出，工作點(diǎn)偏移越大，反饋裝置未檢測(cè)到的誤差就越大。將工作點(diǎn)盡可能靠近反饋裝置，對(duì)減小工作點(diǎn)的角度誤差影響至關(guān)重要。

 

最后，系統(tǒng)復(fù)雜性可能導(dǎo)致用戶(hù)無(wú)法充分發(fā)揮系統(tǒng)的固有性能。復(fù)雜的控制器配置、不友好的調(diào)諧工具和繁瑣的編程環(huán)境，都使得用戶(hù)難以判斷系統(tǒng)是否發(fā)揮全部潛能。Heintz總結(jié)道，使用諸如Automation1這類(lèi)直觀控制平臺(tái)，可確保系統(tǒng)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制中的環(huán)境挑戰(zhàn)

 

熱脹冷縮等環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)組件發(fā)生物理變化，從而影響精度。“熱效應(yīng)是造成運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)表觀不可重復(fù)性的最主要因素之一，”Heintz指出，“一個(gè)在恒溫環(huán)境下具有100納米重復(fù)精度的大型運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)境溫度變化1℃時(shí)，其不可重復(fù)性很容易就會(huì)超過(guò)數(shù)微米。鋁材、花崗巖等材料的熱膨脹，以及測(cè)量設(shè)備（大型系統(tǒng)通常采用光學(xué)編碼器或激光干涉儀）與工作點(diǎn)之間的偏移，都會(huì)加劇熱效應(yīng)。”

 

為最大限度減少熱膨脹對(duì)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的影響，可采用以下幾種方法：環(huán)境控制艙能提供最佳性能，可在數(shù)小時(shí)內(nèi)將艙內(nèi)溫度、氣流和濕度嚴(yán)格控制在極小波動(dòng)范圍內(nèi)。但由于成本高昂，環(huán)境控制艙并非總是最優(yōu)解。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室和輕量化制造環(huán)境，最簡(jiǎn)單的解決方案是在系統(tǒng)周?chē)友b防護(hù)罩，避免空調(diào)氣流直吹。

 

“對(duì)于采用激光干涉儀反饋的高精度系統(tǒng)，由于空氣折射率會(huì)隨溫濕度變化，溫度控制必不可少，”Heintz強(qiáng)調(diào)，“可通過(guò)氣象站監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度，并相應(yīng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的反饋環(huán)參數(shù)。”

 

熱脹冷縮帶來(lái)的挑戰(zhàn)

 

溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致組件膨脹或收縮，進(jìn)而影響公差配合與對(duì)中精度——當(dāng)系統(tǒng)中使用不同材料時(shí)（例如鋁制平臺(tái)本體搭配鋼制軸承），這一問(wèn)題尤為突出。由此引發(fā)的導(dǎo)軌錯(cuò)位將直接影響定位精度。

 

“低溫環(huán)境（尤其是太空應(yīng)用場(chǎng)景）會(huì)增大軸承和絲杠驅(qū)動(dòng)的摩擦阻力，而高溫則會(huì)改變潤(rùn)滑劑粘度，降低其有效性，”Jolliffe、Jordan和Vorndran指出，“真空環(huán)境應(yīng)用需采用特殊材料與潤(rùn)滑劑，并對(duì)所有盲孔進(jìn)行排氣處理，以消除虛漏現(xiàn)象。”

 

系統(tǒng)復(fù)雜性帶來(lái)的挑戰(zhàn)

 

除環(huán)境條件和累積公差外，系統(tǒng)復(fù)雜性也會(huì)影響運(yùn)行和機(jī)械性能，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的整體精度產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，復(fù)雜性可能意味著更多線纜布置，而每根線纜都可能成為振動(dòng)和干擾力傳導(dǎo)至敏感部件的路徑。

 

復(fù)雜性還體現(xiàn)在更多機(jī)械結(jié)構(gòu)的螺栓連接，這會(huì)降低結(jié)構(gòu)剛性，引發(fā)振動(dòng)和其他誤差。復(fù)雜設(shè)計(jì)往往需要更長(zhǎng)構(gòu)件，從而產(chǎn)生扭矩力矩并降低共振頻率。相比之下，注重運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔、緊湊結(jié)構(gòu)在精度和整體性能上更具優(yōu)勢(shì)。

 

Nano Plus是Copley公司目前體積最小的伺服驅(qū)動(dòng)器，可直接安裝在電機(jī)或機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)部。該驅(qū)動(dòng)器滿(mǎn)足機(jī)器人、AGV、工業(yè)機(jī)械、醫(yī)療/生命科學(xué)及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用要求

 

由于復(fù)雜系統(tǒng)中的累積公差會(huì)導(dǎo)致誤差疊加，進(jìn)一步影響精度，針對(duì)某一工況的欠佳或臨界調(diào)參可能導(dǎo)致其他工況下的不穩(wěn)定或精度下降。

 

LaVoie解釋道：應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的策略包括采用查表偏移校準(zhǔn)技術(shù)，可修正已知偏差。具備自校準(zhǔn)功能的先進(jìn)反饋裝置也能通過(guò)持續(xù)誤差調(diào)整來(lái)提升精度。例如Copley Plus驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品，其高分辨率電流環(huán)、快速更新速率、先進(jìn)的32位浮點(diǎn)多級(jí)濾波器及FPGA高速定時(shí)計(jì)數(shù)器電路，可顯著提高系統(tǒng)精度。

 

組件耐久性挑戰(zhàn)

 

零部件的耐久性乃至腐蝕問(wèn)題都會(huì)影響系統(tǒng)性能及最終精度。設(shè)計(jì)師必須從整體系統(tǒng)角度考量以獲得最佳效果，這使得材料與組件的選擇尤為關(guān)鍵。所有機(jī)器組件都必須針對(duì)嚴(yán)苛工況進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造。

 

Mishuk指出，要正確選型，必須選擇在嚴(yán)苛環(huán)境運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域擁有成熟經(jīng)驗(yàn)的可靠供應(yīng)商合作。組件必須具備足夠可靠性和魯棒性以應(yīng)對(duì)惡劣條件，同時(shí)擁有恰當(dāng)?shù)念~定參數(shù)和性能表現(xiàn)，才能充分發(fā)揮設(shè)備的精度潛力。

 

“在許多情況下，定制化是應(yīng)對(duì)特殊挑戰(zhàn)的有效策略，”Mishuk表示，“例如當(dāng)遇到特別棘手的應(yīng)用需求時(shí)，Zero-Max的應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)會(huì)與客戶(hù)協(xié)同開(kāi)發(fā)定制解決方案。”

 

環(huán)境振動(dòng)挑戰(zhàn)

 

地面振動(dòng)與聲學(xué)振動(dòng)等環(huán)境因素同樣是精密運(yùn)動(dòng)控制的宿敵。來(lái)自其他設(shè)備、叉車(chē)及人員走動(dòng)的地面振動(dòng)會(huì)通過(guò)地基傳導(dǎo)至機(jī)器底座，進(jìn)而影響整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，此時(shí)伺服環(huán)會(huì)嘗試補(bǔ)償這些干擾。

 

“根據(jù)干擾的幅值與頻率相對(duì)于伺服環(huán)帶寬的關(guān)系——包括零幅值交叉頻率（觀察系統(tǒng)頻率響應(yīng)的伯德圖時(shí)）和相位裕度——系統(tǒng)可能部分或完全無(wú)法抑制地面振動(dòng)，”Heintz解釋道，“對(duì)于采用精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備，這會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)干擾噪聲，甚至造成部件漏檢。類(lèi)似地，氣流壓力變化引發(fā)的聲學(xué)干擾也可能影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。”

 

可采用多種隔振方法來(lái)減輕地面振動(dòng)影響。對(duì)于具有大運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的大型系統(tǒng)，彈性材料制成的隔振墊能有效衰減地面振動(dòng)。更高階的解決方案是在機(jī)器底座與框架間采用被動(dòng)式氣墊隔振裝置，其低固有頻率設(shè)計(jì)能提供卓越的隔振性能。據(jù)Heintz介紹，相比彈性材料方案，這類(lèi)氣墊可將人員走動(dòng)干擾的幅值降低30倍以上。

 

運(yùn)動(dòng)引發(fā)的振動(dòng)問(wèn)題

 

要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目標(biāo)，必須將環(huán)境振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)引發(fā)的振動(dòng)控制在相應(yīng)水平。Jolliffe、Jordan和Vorndran指出，若應(yīng)用需掃描識(shí)別0.5微米特征（生命科學(xué)、光子學(xué)和半導(dǎo)體等領(lǐng)域的常見(jiàn)需求），支撐結(jié)構(gòu)及各組件的振動(dòng)幅度就必須優(yōu)于該指標(biāo)。

 

輸入整形是另一種可應(yīng)對(duì)機(jī)械諧振或振動(dòng)的濾波技術(shù)。“輸入整形法通過(guò)疊加脈沖阻尼來(lái)最小化指令誘發(fā)的有害振動(dòng)（機(jī)械頻率），”LaVoie解釋道，“由此生成的指令能以極低殘余振動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。”

 

同樣地，可能導(dǎo)致微米級(jí)尺寸變化的熱波動(dòng)也必須加以控制。環(huán)境電氣噪聲則是影響數(shù)據(jù)完整性進(jìn)而損害精度的另一因素。多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在精度管理上更為復(fù)雜，因?yàn)楦髯杂啥鹊膶?dǎo)向誤差會(huì)累積并影響所有相關(guān)軸的精度。

 

舉例來(lái)說(shuō)，即使Y軸精度完美，若X軸產(chǎn)生1微米的非預(yù)期徑向跳動(dòng)，最終位置仍會(huì)出現(xiàn)1微米偏差。這類(lèi)問(wèn)題可通過(guò)校準(zhǔn)期間采用復(fù)雜干涉儀測(cè)試裝置進(jìn)行多軸誤差映射來(lái)修正。

 

突破精密運(yùn)動(dòng)控制的局限

 

要克服運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)中的精度限制，需要采用針對(duì)誤差根源的先進(jìn)策略與技術(shù)。例如，當(dāng)需要在寬溫域保持精度時(shí)，可采用低熱膨脹系數(shù)材料，如因瓦合金、陶瓷和微晶玻璃等。但材料匹配同樣關(guān)鍵——將因瓦合金平臺(tái)安裝在鋁制結(jié)構(gòu)上可能產(chǎn)生負(fù)面影響，因?yàn)殇X材膨脹會(huì)導(dǎo)致因瓦平臺(tái)變形。

 

將直接測(cè)量編碼器和直驅(qū)電機(jī)盡可能靠近直線平臺(tái)中心安裝，可減少移動(dòng)平臺(tái)扭矩引發(fā)的測(cè)量誤差。中心安裝的直線電機(jī)還能降低移動(dòng)平臺(tái)的幾何誤差。

 

提升XY與XYθ-Z定位精度可采用平面化設(shè)計(jì)，所有軸系共享同一基板作為基準(zhǔn)（并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)）。該方案尤其適用于氣浮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、磁懸浮平臺(tái)和壓電柔性平臺(tái)。對(duì)于六軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并聯(lián)式六足平臺(tái)相比傳統(tǒng)堆疊式六軸系統(tǒng)具備顯著優(yōu)勢(shì)：體積更小、剛度更高、可編程支點(diǎn)、無(wú)單軸導(dǎo)向誤差累積、無(wú)拖纜摩擦扭矩干擾。

 

當(dāng)需要最高精度時(shí)，激光干涉儀等外部計(jì)量裝置可進(jìn)一步提升精度。具備最小電流紋波的先進(jìn)控制算法與驅(qū)動(dòng)器能改善系統(tǒng)穩(wěn)定性和分辨率。通過(guò)外部計(jì)量誤差映射，控制器生成的誤差曲線可實(shí)時(shí)修正理想位置偏差。若控制器具備高帶寬和充足算力，甚至能在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（而不僅是在定位終點(diǎn)）實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

 

精密運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的最新進(jìn)展包括自校準(zhǔn)反饋裝置和雷尼紹VIONiC等高分辨率增量式編碼器的開(kāi)發(fā)。LaVoie表示，這些設(shè)備能自動(dòng)調(diào)整偏差，減少手動(dòng)校準(zhǔn)需求，從而提升精度并改善整體系統(tǒng)性能。光學(xué)編碼器技術(shù)持續(xù)革新，最新產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)皮米級(jí)分辨率。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的定位精度很大程度上取決于位置傳感器的性能。

 

在伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管等寬帶隙器件的進(jìn)步，使得電流環(huán)更新速率提升的同時(shí)仍保持高效率。在安全方面，將更多安全功能集成至驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)持續(xù)加強(qiáng)，以減少系統(tǒng)級(jí)安全所需的外部組件和線纜。

 

另一項(xiàng)技術(shù)突破是混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將長(zhǎng)行程伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器與壓電執(zhí)行器結(jié)合，共用同一高分辨率編碼器，并由混合伺服控制器將高頻輸出分配給壓電驅(qū)動(dòng)，低頻分量分配給伺服驅(qū)動(dòng)。

 

“這一理念已應(yīng)用于全球最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡ELT的納米定位執(zhí)行器中，”Jolliffe、Jordan和Vorndran說(shuō)明，“2000多個(gè)執(zhí)行器以個(gè)位數(shù)納米路徑精度定位鏡面分段。”

 

基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)控制算法是另一大進(jìn)展。傳統(tǒng)反饋與前饋伺服方案中，可抑制的干擾頻率范圍受限于所謂的伺服帶寬。而最新控制技術(shù)能補(bǔ)償遠(yuǎn)高于此限的干擾，這意味著穩(wěn)態(tài)抖動(dòng)得以改善，干擾抑制更為有效，從而提供卓越的整體運(yùn)動(dòng)性能。

 

控制算法的進(jìn)步還帶來(lái)了更優(yōu)的階躍響應(yīng)與穩(wěn)定時(shí)間、更小的跟隨誤差，并能通過(guò)降低電機(jī)溫升或從小型電機(jī)中榨取更高性能，實(shí)現(xiàn)電機(jī)力常數(shù)的虛擬提升。

 

Jolliffe、Jordan和Vorndran指出，PWM伺服驅(qū)動(dòng)（即NanoPWM驅(qū)動(dòng)）的革新，如今既能提供傳統(tǒng)線性驅(qū)動(dòng)的低噪聲特性，又可大幅降低成本、尺寸和重量。這種降噪技術(shù)使位置分辨率突破1納米成為可能。

 

多軸誤差補(bǔ)償是精密運(yùn)動(dòng)控制的另一項(xiàng)突破。通過(guò)在工廠使用復(fù)雜計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的多自由度誤差，將測(cè)得的多軸誤差上傳至控制器的誤差補(bǔ)償表中，系統(tǒng)即可自動(dòng)修正每個(gè)運(yùn)動(dòng)指令以抵消各軸誤差。整個(gè)過(guò)程對(duì)用戶(hù)完全透明。

 

運(yùn)動(dòng)控制總線技術(shù)的改進(jìn)提升了通信速率，并降低了系統(tǒng)內(nèi)分布式時(shí)鐘間的抖動(dòng)，即使各軸物理間距較遠(yuǎn)，也能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)同步。

輸入整形步驟示意圖

 

為追求極致性能，可采用光纖HyperWire網(wǎng)絡(luò)替代EtherCAT等以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線，該技術(shù)通過(guò)100 kHz網(wǎng)絡(luò)速率和低于1納秒的時(shí)鐘抖動(dòng)，提供確定性的高帶寬通信。這使得所有驅(qū)動(dòng)器能在單個(gè)伺服環(huán)周期內(nèi)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)交換編碼器位置、軸信號(hào)和傳感器數(shù)據(jù)，從而為磁懸浮多自由度平臺(tái)等高動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體應(yīng)用中的多輸入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解耦控制。

 

“EasyTune自動(dòng)伺服調(diào)諧等優(yōu)化工具的最新進(jìn)展，讓用戶(hù)無(wú)需成為運(yùn)動(dòng)控制專(zhuān)家即可充分釋放系統(tǒng)性能，”Heintz表示，“這使用戶(hù)能專(zhuān)注于工藝流程，并確信運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)正發(fā)揮最大精度。”

 

精密運(yùn)動(dòng)控制的未來(lái)趨勢(shì)

 

隨著市場(chǎng)對(duì)高端產(chǎn)品的需求持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)更高定位精度和更高速系統(tǒng)的需求也日益迫切。為滿(mǎn)足這一需求，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組件定制化趨勢(shì)日益明顯——每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景都具有獨(dú)特性，所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。

 

無(wú)論是對(duì)成熟方案進(jìn)行微調(diào)，還是從零開(kāi)始全新設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者都不能在任一環(huán)節(jié)犧牲精度。具有創(chuàng)新意識(shí)的供應(yīng)商已認(rèn)識(shí)到這一趨勢(shì)，正致力于提供滿(mǎn)足獨(dú)特需求的定制方案。以Zero-Max為例，其近半數(shù)銷(xiāo)售額都來(lái)自針對(duì)客戶(hù)特定運(yùn)動(dòng)控制與精度需求設(shè)計(jì)的定制解決方案。

 

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組件定制化是未來(lái)的趨勢(shì)

 

LaVoie指出，運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的未來(lái)趨勢(shì)與創(chuàng)新可能包括：更高更新速率、浮點(diǎn)分辨率、動(dòng)態(tài)調(diào)諧與補(bǔ)償對(duì)策、能效提升及安全性增強(qiáng)。先進(jìn)的系統(tǒng)建模與動(dòng)態(tài)校正技術(shù)將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精度調(diào)整與優(yōu)化，從而進(jìn)一步提升運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能與應(yīng)用范圍。

 

人工智能仍是行業(yè)熱點(diǎn)。雖然AI在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用尚待觀察，但極有可能在預(yù)測(cè)性維護(hù)、誤差校正和控制算法優(yōu)化等方面發(fā)揮作用。

 

Jolliffe、Jordan和Vorndran預(yù)測(cè)，高精度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)將持續(xù)，AI將進(jìn)一步提升運(yùn)動(dòng)控制器性能。亞納米級(jí)精度與新一代半導(dǎo)體測(cè)試生產(chǎn)技術(shù)（如壓電驅(qū)動(dòng)和長(zhǎng)行程氣浮運(yùn)動(dòng)）的結(jié)合，將持續(xù)突破技術(shù)極限。磁懸浮技術(shù)將實(shí)現(xiàn)完全無(wú)軸承的六自由度運(yùn)動(dòng)。

 

Heintz認(rèn)為，隨著精度要求的提升和精密運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展，易用性、互聯(lián)性、分布式系統(tǒng)和多輸入控制方案將成為主流。精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)用戶(hù)將期待系統(tǒng)能自主學(xué)習(xí)用戶(hù)輸入，自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡和伺服增益以實(shí)現(xiàn)最佳性能。

 

運(yùn)動(dòng)控制器將日益廣泛地連接第三方傳感器、系統(tǒng)及機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)與工廠自動(dòng)化設(shè)備的無(wú)縫對(duì)接。運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器將從控制柜遷移至電機(jī)硬件內(nèi)部，通過(guò)工業(yè)運(yùn)動(dòng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，從而減少布線需求并構(gòu)建分布式系統(tǒng)。

 

最終，運(yùn)動(dòng)控制器將支持在整個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)中接入海量傳感器。借助現(xiàn)代空間控制技術(shù)，這些傳感器數(shù)據(jù)需通過(guò)運(yùn)動(dòng)總線高速共享，以閉環(huán)多輸入多輸出控制系統(tǒng)。

 

作者：John Lewis（Tech B2B Marketing）

 

來(lái)源：榮格-《國(guó)際工業(yè)激光商情》

原創(chuàng)聲明：
本站所有原創(chuàng)內(nèi)容未經(jīng)允許，禁止任何網(wǎng)站、微信公眾號(hào)等平臺(tái)等機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)載、摘抄，否則榮格工業(yè)傳媒保留追責(zé)權(quán)利。任何此前未經(jīng)允許，已經(jīng)轉(zhuǎn)載本站原創(chuàng)文章的平臺(tái)，請(qǐng)立即刪除相關(guān)文章。