直接驅(qū)動技術(shù) 　　 數(shù)控系統(tǒng)對精度和快速性的要求 　　 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)（如數(shù)控機床和數(shù)控加工中心等等）向著高速、高精度方向發(fā)展，如為了縮短輔助操作時間、提高生產(chǎn)率，伺服軸的移動速度要求超過120 m/min；正在研制的超高精度鏡面銑削加工中心，要求位置分辨率為1納米；數(shù)控磨齒機的分度精度要求小于0.1角秒；慣導測試設(shè)備要求位置分辨率小于0.001角秒等等。這樣高的精度，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)伺服電機+機械執(zhí)行機構(gòu)（減速箱或滾珠絲桿付等）的傳動技術(shù)不可能達到。因為機械執(zhí)行機構(gòu)和聯(lián)軸器的誤差、間隙和柔性，使伺服軸產(chǎn)生成帶狀分布的運動誤差和失動，而不是一個恒值，嚴重影響伺服軸的運動精度和系統(tǒng)快速性。 [ALIGN=CENTER] BM 系列 ■ 定子內(nèi)徑0.4”（10mm） 到63”（1600mm） ■ 連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩45000Nm ■ 典型速度18krpm，最高可達80krpm BM 系列 ■ 定子內(nèi)徑0.4”（10mm） 到63”（1600mm） ■ 連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩45000Nm ■ 典型速度18krpm，最高可達80krpm[/align] 在數(shù)控技術(shù)上提高伺服軸運動精度的常規(guī)做法有兩種：半閉環(huán)控制（位置反饋取至伺服電機軸端）加存儲式補償（間隙補償和螺距誤差 補償）和全閉環(huán)控制（位置反饋取至伺服機械執(zhí)行機構(gòu)末端）。 　　 半閉環(huán)控制加存儲式補償只能補償帶狀分布誤差帶中的恒定部分，即絲杠螺距誤差和傳動間隙（故稱這種補償為螺距誤差補償和間隙補償），不能滿足高精度數(shù)控系統(tǒng)的精度要求。 　　 全閉環(huán)控制將伺服機構(gòu)置于閉環(huán)控制之中，使由它們產(chǎn)生的誤差得到閉環(huán)補償。但要取得好的控制效果，要求高的位置環(huán)增益；而伺服機構(gòu)、聯(lián)軸器的誤差、間隙和柔性，使得系統(tǒng)難以得到很高的位置環(huán)增益，補償效果仍不理想，不能滿足超高速、超高精度數(shù)控系統(tǒng)的精度和快速性要求。 　　 只有去掉機械傳輸?shù)人欧?zhí)行機構(gòu)，伺服電機直接耦合或融入到負載上，即直接驅(qū)動技術(shù)，才能消除間隙、柔性和其它與機械傳送相關(guān)的問題，以滿足超高精度的數(shù)控系統(tǒng)對精度和快速性的要求。 　　 直接驅(qū)動技術(shù) 　　 直接驅(qū)動技術(shù)有旋轉(zhuǎn)運動和直線運動兩種基本方式。 　　 直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸（A、B、C軸）的伺服電機稱為直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（DDR）電機，通常要求低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角高分辨率。DDR電機與負載的連接有兩種方式（無需聯(lián)軸器）：一種是帶有中空軸的有框架DDR電機，負載軸直接插入電機的中空軸；另一種是無框架（分裝式）DDR電機，定子安裝在負載的框架上，轉(zhuǎn)子直接安裝在負載軸上，將電機轉(zhuǎn)子成為負載的一部分，可以為用戶提供十分緊湊的機械設(shè)計解決方案。 　　 Danaher Motion公司的有框架GOLDLINE®DDR電機，有低壓（115/230Vac）D系列和高壓（400/480Vac）DH系列兩種電壓規(guī)格，4種框架尺寸，3種鐵心長度，共12種型號。配置Cross-Roller精密軸承；中空軸，法蘭安裝，端面直徑從6.93”－14.25”；連續(xù)轉(zhuǎn)矩從5.3－339 Nm，峰值轉(zhuǎn)矩從16.9－1340 Nm；最高轉(zhuǎn)速可達800 rpm（DH06）；配備正余弦編碼器的位置分辨率可達21位（2,097,152 counts/r），重復精度±0.62角秒。 [align=center] CARTRIDGE DDR™ 電機 運輸時電機轉(zhuǎn)子通過夾具固定在定子框架內(nèi) [/align] Danaher Motion公司的無框架DDR電機，有F/FH系列、RBE系列、BM系列等，有多種定子內(nèi)徑尺寸和轉(zhuǎn)子長度，F(xiàn)/FH系列適合低速、小直徑、大轉(zhuǎn)矩的應用，RBE適合高速、小直徑、小轉(zhuǎn)矩的用途，BM系列是專為高速、大直徑、大轉(zhuǎn)矩用途而設(shè)計的電機。BM系列速度通常18000rpm，特殊設(shè)計可達80000rpm，直徑最大可達1600mm，連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩高達45000Nm；RBE系列定子內(nèi)徑尺寸從21.3 mm到239 mm；F/FH系列連續(xù)轉(zhuǎn)矩可達369 Nm，定子繞組特性與有框架GOLDLINE®DDR電機相同；用Danaher Motion公司的ServoStar S600驅(qū)動器驅(qū)動，位置分辨率可達28位（268,435,456 counts/r），位置重復精度可達±0.00048角秒，用戶可以選配高分辨率的正余弦編碼器以提高系統(tǒng)精度和帶寬。 　　 Danaher Motion公司創(chuàng)新設(shè)計的C/CH系列模塊化有框架CARTRIDGE DDR®電機，率先將無框架DDR技術(shù)的節(jié)省空間與性能優(yōu)勢和有框架電機的便捷安裝融為一體。電機內(nèi)沒有軸承,利用負載軸的軸承支撐電機轉(zhuǎn)子，類似無框架DDR電機；定子框架通過法蘭和止口與負載連接，類似有框架DDR電機。轉(zhuǎn)子與負載通過一種新穎的壓縮連接結(jié)構(gòu)與負載軸緊密地連接到一起，使電機轉(zhuǎn)子和負載成為整體，消除了電機與負載之間的間隙和柔性，連接剛性極大地提高，不再需要像傳統(tǒng)電機那樣要求慣量匹配，通常允許有250:1的慣量失配，最高可達800:1，使得系統(tǒng)可以獲得較高的增益而不會振蕩，系統(tǒng)帶寬極大地提高；因電機內(nèi)沒有精密軸承而降低了成本，具有比有框架GOLDLINE®DDR電機具有更高的性價比；與F/FH系列無框架DDR電機相比，無需考慮電機結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化了機械設(shè)計和安裝；CARTRIDGE®DDR 電機可以在任何方向上安裝，可以水平安裝或豎直安裝，但用戶需要選擇相應的轉(zhuǎn)子負載軸承；電機繞組設(shè)計有低壓C（115/230Vac）系列和高壓CH（400/480Vac）系列；連續(xù)轉(zhuǎn)矩從50到504 Nm, 峰值轉(zhuǎn)矩從120到1016 Nm；最大轉(zhuǎn)速可達1200 rpm。 [align=center] 有框架GOLDLINE® DDR 電機[/align] 直接驅(qū)動數(shù)控系統(tǒng)直線軸（X、Y、Z軸）的伺服電機稱為直接驅(qū)動直線（DDL）電機，直線電機主要由以下幾部分組成：線圈總成（通常是動子），永磁體總成（通常是靜子）和直線編碼器以及直線導軌、軸承等框架設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)等。直線電機的特點是：負載與電機動子緊密地結(jié)合在一體，系統(tǒng)高剛度、高動態(tài)性能，工作平穩(wěn)，定位精度高，調(diào)速范圍寬，調(diào)整簡單：只需要調(diào)整無框架直線電機線圈與磁體之間的氣隙。 [align=center] IL 無鐵心系列 IC 有鐵心系列[/align] Danaher Motion公司的PLATINUM®DDL電機有3個系列：IL無鐵心，IC有鐵心系列和ICD小型有鐵心系列。 　　 IL無鐵心系列：峰值推力為60 ～1600 N，連續(xù)推力為21 ～450 N。特點是：零齒槽效應，無電磁吸力，運動平穩(wěn)，可以以1 微米/秒的最低速度運行，小質(zhì)量的線圈總成，能產(chǎn)生高加速度。 　　 IC有鐵心系列：峰值推力190 ～15625 N，連續(xù)推力73 ～12023 N。特點是：防齒槽效應專利技術(shù)，能在無磁體偏置條件下降低齒槽效應；高電機常數(shù)（Km）；高推力密度。 　　 ICD小型有鐵心系列：峰值推力170 ～1130 N，持續(xù)推力57 ～315 N。特點是：尺寸極小；電磁吸力小；適用于替換某些無鐵芯電機的應用。 　　 直接驅(qū)動技術(shù)的特點 　　 由此可以總結(jié)出DDR和DDL直接驅(qū)動的特點： 　　 ■低轉(zhuǎn)速/大轉(zhuǎn)矩：由于直接驅(qū)動沒有中間機械傳動環(huán)節(jié)（齒輪箱、絲杠/螺母，齒輪/齒條，齒輪/齒形帶，皮帶/皮帶輪，聯(lián)軸器）的降低轉(zhuǎn)速/放大轉(zhuǎn)矩的作用，要求直接驅(qū)動電機低轉(zhuǎn)速/大轉(zhuǎn)矩，故又稱直接驅(qū)動電機為力矩電機。 　　 ■免維護：由于直接驅(qū)動沒有中間機械傳動環(huán)節(jié)（齒輪箱、絲杠-螺母，齒輪-齒條，齒輪-齒形帶，皮帶-皮帶輪，聯(lián)軸器等），無需對中間傳動環(huán)節(jié)進行機械維護。只有直接驅(qū)動直流無刷電機電機一個驅(qū)動部件，由于直流無刷電機沒有電刷也不需要維護。 　　 ■零間隙，高剛度（低柔性）：由于直接驅(qū)動沒有中間機械傳動環(huán)節(jié)，不存在中間機械傳動環(huán)節(jié)的傳動間隙（齒輪間隙，絲杠/螺母間隙），沒有中間機械傳動環(huán)節(jié)存在的柔性的問題。 　　 ■極好的伺服性能：由于直接驅(qū)動具有零間隙，高剛度，伺服環(huán)（速度環(huán)，位置環(huán)）可有較高的閉環(huán)帶寬。高帶寬使系統(tǒng)有極快的響應速度和抗負載擾動的能力。 　　 ■具有較大的加/減速負載的能力：不存在慣量匹配問題，電機的加速能力全部用來加速負載，無需加速中間機械傳動環(huán)節(jié)。 　　 ■極好的低速和高速性能：直接驅(qū)動直線電機可以獲得低于1微米/秒的低速和獲得5米/秒以上的高速。 　　 ■極高的精度：由于沒有中間機械傳動環(huán)節(jié)的傳動誤差，直接驅(qū)動可以獲得極高的位置精度。定位精度（絕對位置精度）取決于反饋裝置的精度，重復定位精度取決于系統(tǒng)的分辨率。 　　 ■用具有28 bits分辨率的S600驅(qū)動器驅(qū)動直線電機可以獲得0.12納米（極距/分辨率＝32 mm/228）的重復定位精度。用具有28 bits分辨率的S600驅(qū)動器驅(qū)動無框架直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機可以獲得0.005角秒（360度/分辨率＝360度/228）的重復定位精度。 　　 ■緊湊/堅實的外形：無框架直接驅(qū)動電機是機器的一部分，使機器的外形更加美觀。 　　 ■靜音運行：運行時沒有中間機械傳動環(huán)節(jié)的運行噪音。 　　 在實際應用中，有高速、超精度要求的伺服軸可以采用直接驅(qū)動技術(shù)，而其它軸仍采用常規(guī)伺服或步進電機技術(shù)，即所謂“混合驅(qū)動”模式。 　　 直接驅(qū)動伺服系統(tǒng)對控制器的需求 　　 為了滿足高速、高精度伺服軸的控制要求，需要有高性能的多軸運動控制卡，64位DSP或CPU逐漸成為運動控制卡的主流，運算速度大大提高；為解決控制卡到伺服驅(qū)動器之間的信號高速、高分辨率、高可靠性傳輸問題，以往的模擬量信號或現(xiàn)場總線級總線都難以滿足要求，尤其是多軸應用，需要速度快、可靠性高的運動控制級總線。Danaher Motion公司開發(fā)的SynqNet運動控制總線及控制卡很好地解決了這些問題。 [align=center] ■ 正常時雙環(huán)路 ■ 數(shù)據(jù)路徑可選，一條通道備用 ■ 斷線時 ■ 自動識別故障點 ■ 故障點隔離 ■ 網(wǎng)絡重配置 ■ 啟用備用通道，建立兩條數(shù)據(jù)路徑 ■ 恢復通訊[/align] SynqNet運動控制總線及運動控制卡 　　 SynqNet運動控制總線 　　 SynqNet運動控制總線是Danaher Motion公司開發(fā)的、基于工業(yè)以太網(wǎng)的運動控制級總線。 　　 SynqNet運動控制總線是一個高性能、全數(shù)字的開放性同步運動控制網(wǎng)絡，它采用一種實時、同步數(shù)字網(wǎng)絡專利技術(shù)及雙冗余數(shù)據(jù)通道設(shè)計，從而可在各種復雜應用中實現(xiàn)卓越的運動性能，并確保機器運行的高可靠性。 　　 高性能的運動網(wǎng)絡需要密切管理的定時機制，以確保多個軸的同步和實時更新。盡管以太網(wǎng)為采用分布式控制的一般應用提供了足夠性能，但它的速度過慢，無法在苛刻的環(huán)境中使用，在這些環(huán)境中，人們需要使用一個快速同步網(wǎng)絡將集中式運動處理器與多個伺服軸相連。SynqNet 是第一個商業(yè)性100BaseT （IEEE802.3） 網(wǎng)絡，提供了集中式控制模型的全部性能優(yōu)勢，在性能、容錯、可靠性和診斷功能上都得到增強。SynqNet 專門支持高性能集中式控制系統(tǒng)，具有自修復操作、基于發(fā)現(xiàn)的簡單組態(tài)以及很高的抗噪聲干擾性能。另外，SynqNet 還得到提供眾多低成本產(chǎn)品的多家驅(qū)動器供應商的支持，提供了獨特的性能/價格比優(yōu)勢，從而被越來越多的行業(yè)巨頭和原始設(shè)備供應商（OEM）客戶所采用。 　　 SynqNet運動控制總線技術(shù)優(yōu)勢 　　 SynqNet運動控制總線具有以下特性： 　　 ■開放式、經(jīng)現(xiàn)場驗證的IEEE 802.3-100BaseT 物理層； 　　 ■針對噪聲抗擾度和電纜短路的電氣隔離、冗余自恢復的容錯網(wǎng)絡，自動網(wǎng)絡組態(tài)和完整性檢驗，確保網(wǎng)絡的可靠性； 　　 ■節(jié)點之間電纜可長達100米，利于實現(xiàn)分布控制； 　　 ■伺服驅(qū)動器轉(zhuǎn)矩刷新率高達48kHz（20.83us，ZMP卡帶4軸時），確保伺服準確與快速的兼顧性能，利于實現(xiàn)集中控制，適合控制復雜機器的中央控制體系結(jié)構(gòu)； 　　 ■支持多達32個協(xié)調(diào)軸，實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)控制； 　　 ■固件/驅(qū)動配置可下載，便于實現(xiàn)電機驅(qū)動性能的遠程組態(tài)、更新和故障診斷； 　　 ■開放的/經(jīng)濟有效的設(shè)計、多廠商支持的解決方案； 　　 SynqNet運動控制總線：冗余自恢復的容錯網(wǎng)絡 　　 支持SynqNet運動控制總線的運動控制卡 　　 這是一款高性能的運動控制卡，MEI的應用程序編程接口（MPI）設(shè)計用于多線程環(huán)境，支持Windows 2000/NT/XP 及以下實時操作系統(tǒng)：VxWorks®enturCom RTX®ynxOS、PharLap ETS 和QNX®Ａ磽猓琇inux 版本的MPI 還可用于RedHat 操作系統(tǒng)。 　　 MPI 應用程序很容易在Microsoft Visual Studio 或Borland C++Builder 等集成開發(fā)環(huán)境中進行開發(fā)。根據(jù)操作系統(tǒng)的不同，也可以使用其它編譯程序，如Linux 通用GNU 編譯程序。 　　 所有其它運動實用程序和軟件工具都可在Windows 2000/NT/XP 系統(tǒng)上運行。如果運動控制主機運行Linux、VxWorks 或其它實時操作系統(tǒng)的情況下，所有實用程序都具有TCP/IP 功能，允許遠程主機運行應用程序。 　　 MEI SynqNet 是一些基于PC 的平臺，但eXMP-SynqNet 獨立控制是例外，它是計算機和SynqNet 控制器在的一種方便組合。 　　 ZMP-SynqNet-PCI運動控制卡采用實時64位雙精度浮點Motorola PowerPC微處理器，CPU 466MHz、16MB 133MHz SDRAM，強大的處理能力和運算速度，使理論上處理4個伺服軸時節(jié)點伺服刷新率高達48kHz，處理12個伺服軸時節(jié)點伺服刷新率高達16kHz。使用帶有MEI MechaWare 庫的MatLab? 和Simulink?，可以迅速建立任何系統(tǒng)的模型，并通過SynqNet 控制器加以實現(xiàn)：多種濾波器、狀態(tài)觀察器、狀態(tài)反饋、坐標轉(zhuǎn)換、使用ZMP 的64 位雙精度計算、復雜傳動跟隨方法、增益切換、振動控制、復雜多入多出（MIMO）的工廠模型、易于定義的臺架控制拓撲結(jié)構(gòu)，以及可以設(shè)計自定義控制方案等等強大功能。 　　 SynqNet運動控制總線及運動控制卡的應用 　　 在伺服更新速率、遠程診斷以及服務通道方面，SynqNet 是目前為止市場上出現(xiàn)的性能最高的運動網(wǎng)絡。大量的市場應用案例已經(jīng)證明，作為一個高性能、全數(shù)字的同步運動控制網(wǎng)絡，SynqNet 可以幫助用戶極大地降低成本，縮短機器設(shè)計和制造的周期。 　　 SynqNet 非常適用于半導體、電子組裝、平板顯示器、醫(yī)療、數(shù)控系統(tǒng)以及工業(yè)機器人行業(yè)中的機器級控制。特別對于醫(yī)療應用來說，SynqNet 是唯一的一個可取得高安全性和高機器利用率的“自修復”容錯運動網(wǎng)絡。