一文讀懂運動控制偏位問題：現(xiàn)象、原因及解決辦法

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偏位問題是使用步進(jìn)或伺服電機的設(shè)備制造廠在設(shè)備裝機調(diào)試以及設(shè)備使用過程中，所面臨的常見問題之一。出現(xiàn)偏位可能是機械裝配不當(dāng)造成，可能是控制系統(tǒng)與驅(qū)動器信號不匹配，也可能是設(shè)備內(nèi)電磁干擾、車間內(nèi)設(shè)備互相干擾或者是設(shè)備安裝時地線處理不妥當(dāng)?shù)仍斐伞?/font>

本文從眾多應(yīng)用案例中，提煉整理出最常見的偏位原因及對策，用以幫助設(shè)備廠家調(diào)試人員快速定位問題、采取各種適宜措施提高設(shè)備抗干擾性、為設(shè)備正確接地保證正常運行。

規(guī)律性偏位

Q：做往復(fù)運動，往前越偏越多(少)

可能原因①：脈沖當(dāng)量不對

原因分析：無論是同步輪結(jié)構(gòu)還是齒輪齒條結(jié)構(gòu)，都存在加工精度誤差。運動控制卡(PLC)并沒有設(shè)置準(zhǔn)確的脈沖當(dāng)量。例如上一批同步輪電機旋轉(zhuǎn)一圈設(shè)備前進(jìn)10mm，這批同步輪大一點電機轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)了10.1mm，就會導(dǎo)致該批機器每次運行比以前的設(shè)備多走1%的距離。

解決方式：出機前用機器畫一個盡可能大幅面的正方形，然后用尺去量實際尺寸，對比實際尺寸和控制卡設(shè)置尺寸之間的比例，然后將其加入控制卡運算，反復(fù)進(jìn)行三次之后就會得到一個比較準(zhǔn)確的值。

可能原因②：脈沖指令的觸發(fā)沿與方向指令的電平變換時序沖突

原因分析：驅(qū)動器要求上位機發(fā)出的脈沖指令的沿與方向指令電平變換有一定時序要求。而部分PLC或運動控制卡編程時沒滿足這種要求(或者其自身的規(guī)則不符合驅(qū)動器的要求)，導(dǎo)致脈沖和方向時序并不能滿足要求而偏位。

解決方式：控制卡(PLC)軟件工程師將方向信號提前。或者驅(qū)動器應(yīng)用技術(shù)人員更改脈沖沿計數(shù)方式。

Q：運動過程中電機在固定點抖動，過該點后能正常運行，但少走一段距離

可能原因：機械裝配問題

原因分析：機械結(jié)構(gòu)在某個點阻力較大。由于機械安裝的平行度、垂直度或設(shè)計不合理的原因?qū)е略O(shè)備在某個點阻力較大，步進(jìn)電機的力矩變化規(guī)律是速度越快力矩越小，很容易在高速段卡死，速度降下來卻能走過去。

解決方式：

1、檢查機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)卡死的原因，是該處摩擦阻力大還是滑軌裝得不平行等。

2、步進(jìn)電機力矩不夠。由于終端客戶出現(xiàn)提速或者加大負(fù)載的要求，導(dǎo)致原本能滿足要求的電機在高速力矩不夠，從而發(fā)生高速段堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。解決方法可以通過驅(qū)動器設(shè)置更大輸出電流或者在驅(qū)動器允許電壓范圍內(nèi)提高供電電壓，或更換更大轉(zhuǎn)矩的電機。

Q：電機往復(fù)運動來回均沒走到位且偏移量固定

可能原因：皮帶間隙

原因分析：皮帶與同步輪之間存在反向間隙導(dǎo)致，往回走會存在一定量的空程。

解決方式：如運動控制卡具有皮帶反向間隙補償功能，可利用之;或者繃緊皮帶。

Q：切繪軌跡不重合

可能原因①：慣量過大

原因分析：平板切繪機噴墨過程由光柵控制，掃描式運動，切割時走插補運動，兩者軌跡不重合是因為，類似設(shè)備X軸小車慣量較小且由光柵定位，噴繪位置準(zhǔn)確，而Y軸龍門結(jié)構(gòu)慣量較大，電機響應(yīng)性差，插補運動時Y軸跟隨性不好導(dǎo)致軌跡部分偏位。

解決方式：增加Y軸減速比，使用陷波功能提高伺服驅(qū)動器剛性以解決該問題。

可能原因②：刀和噴頭重合度沒調(diào)好

原因分析：因為切繪機刀和噴頭都裝在X軸小車上但是兩者有坐標(biāo)差，切繪機上位機軟件能調(diào)整這個坐標(biāo)差做到刀和噴頭軌跡重合，如果沒調(diào)好，切繪軌跡會整體分離。

解決方式：修改刀和噴頭位置補償參數(shù)。

Q：畫圓成橢圓

可能原因：XY軸平臺兩軸不垂直

原因分析：XY軸結(jié)構(gòu)，圖形偏位例如畫圓成橢圓，正方形偏位成平行四邊形。龍門結(jié)構(gòu)X軸與Y軸不垂直時會導(dǎo)致該問題。

解決方式：調(diào)節(jié)龍門架X軸與Y軸垂直度可以解決該問題。

非規(guī)律性偏位

Q：運行過程中不定期出現(xiàn)偏位，偏位具有偶然性，偏位多少不確定

可能原因①：干擾原因?qū)е码姍C偏位

原因分析：非周期性偏位大部分因為干擾導(dǎo)致，少部分因為運動控制卡發(fā)出的窄脈沖或者機械結(jié)構(gòu)松動引起。

解決方式：如果干擾出現(xiàn)的比較頻繁，則可以利用示波器監(jiān)控脈沖頻率確定干擾發(fā)生的時間進(jìn)而確定干擾源，移除或者使脈沖信號遠(yuǎn)離干擾源能解決部分干擾。

如果干擾出現(xiàn)的比較偶然，或者難以確定干擾源位置或電氣柜已固定難以移動，則可以考慮采用以下措施來解決問題：

① 驅(qū)動器接地，

② 脈沖線更換雙絞屏蔽線，

③ 脈沖正負(fù)端并聯(lián)103陶瓷電容濾波(脈沖頻率小于54kHz)，

④ 脈沖信號套磁環(huán)，

⑤ 驅(qū)動器和控制器電源前端增加濾波器。