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微型龙门架的运动控制分析

来源:控制工程网2015.10.11阅读 2220

  随着自动化技术的普及,很多行业应用对于自动化工具的需求与日俱增,比如底片扫描器、DNA分析器、矿物分析和实验室自动化等。在轻型装配件中我们也能见到越来越的自动化技术的应用:例如螺丝刀紧固、胶水配方以及3D打印。这种应用的过程工具包括一个框架、定位系统控制器人机界面(HMI)和一个工具。
  对于这类应用的特征来说,一个共同的约束条件是有限的空间。这种要求意味着微型组成部分和小的部件全部都包装在一个受限制的空间里。设计对象的结果就是要实现工作XY行程与占地面积大小之间比例的最大化。其他定位要求包括移动负荷、流程生产能力、运动平滑度、稳定时间、定位精度以及成本。


图1:一个微孔板通过使用静态光学传感器实现精确定位。

  通过对微型平行运动龙门架的静态及动态特性所进行的分析,发现它是性价比很高的自动化工具CONTROL ENGINEERING China版权所有,原因包括其在频率特性、静态精度、动态精度以及频率响应能力方面的良好表现。
  自动化工具在实验室自动化和轻型装配件应用方面获得了越来越广泛的使用。这样的应用会对流程应用的静态和动态精度都有要求。它们也可能因为大的生产能力而对加速度和高速度(互相矛盾的需求)同时提出要求。要想证明所选的运动科技的投资回报CONTROL ENGINEERING China版权所有,高吞吐量和高精度的结合还需要尽可能减少其成本。

表1 :微型龙门架静态精度动态特性


■ 数据来源:Festo公司。

  高吞吐量和高精度这样矛盾的需求在需要许多小的重复运动或平滑运动的应用情况中非常显而易见。图1展示了一个重复步骤应用的案例控制工程网版权所有,一个微孔板通过使用静态光学传感器实现XY方向上很多小的移动。要想在这样的应用情况下实现大生产能力,需要高加速度和高加速度变化率。然而,高加速度变化率会在定位阶段产生很多共振频率,反过来可能会引起微孔板的震动。这些震动也可能会延长稳定时间,因此会减少生产能力或者使光学图像失真,这反过来会降低图像的精度。
  同样的,例如喷墨打印机这样需要平滑运动的应用可能会与高速度相矛盾。平滑运动要求受到最少的扰动,在短行程上实现高速就需要大的加速度变化率。高加速度变化率在短时间内将加速度提高到一个高值,同时也会得到速度超调,反过来会延长稳定到目标恒定速度所需的时间。


图2 :微型龙门起重机。图片来源:Festo 公司。

  运动系统设计需要了解内部系统震动的根本原因来确保所诱发的系统震动不会影响工艺需要。微型龙门起重机的运动控制分析如表1所示。通过分析发现www.cechina.cn,微型的、由皮带驱动的、具有独特H形外观的龙门起重机(如图2所示),具有较好的性价比控制工程网版权所有,使其成为具有吸引力的自动化工具。(作者:Boaz Eidelberg)

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