由于直線電機的高速，高精度，低速度波動，幾乎免維護的特點，使其非常適合在精密激光加工領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。而這些應(yīng)用中，以十字型、龍門型最為常見。

圖1 十字型直線電機平臺

接下來介紹一下清能德創(chuàng)CoolDrive S7L高性能伺服系統(tǒng)在精密激光加工領(lǐng)域的方案。

一．精密十字型直線電機平臺

表1 精密十字平臺主要參數(shù)

常見的精密十字平臺主要技術(shù)指標(biāo)包括（見表1）：

● 設(shè)備采用穩(wěn)定大理石結(jié)構(gòu)；

● X，Y采用高端無鐵芯直線電機；

● 高精度光柵尺反饋，分辨率0.1μm。

清能德創(chuàng)CoolDrive S7L系列高性能驅(qū)動器，有如下特點：

● 在硬件上均采用多核DSP，計算性能得到大幅提升；

● 電流環(huán)更新周期2.5μs，速度環(huán)、位置環(huán)控制周期可達62.5μs，可以保證各環(huán)路的高速響應(yīng)；

● 加入了自己獨特的算法可以有效的抑制直線電機的推力波動，并可以對摩擦力引起的波動進行補償?？稍?00mm/s-800mm/s的范圍內(nèi)實現(xiàn)小于±0.1%的速度波動控制，以及更低的跟隨誤差；

● 擁有振動抑制、模型追蹤振動抑制、象限突起抑制等豐富的功能，可以有效解決圓和圓弧切割過程中出現(xiàn)的尖角、波浪線以及橢圓的問題。

二．在高精密龍門結(jié)構(gòu)直線電機平臺

眾所周知，龍門結(jié)構(gòu)是非常常見的機械結(jié)構(gòu)，同時也在激光加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（滾珠絲杠+伺服電機）由于可以允許的誤差較大，以及其固有特點相對容易控制。由于直線電機直驅(qū)系統(tǒng)對負(fù)載和外力格外敏感，而龍門結(jié)構(gòu)經(jīng)常會出現(xiàn)左右軸的負(fù)載不一致，再加上更高的加速度，速度，使其成為龍門控制的一大難點。高精密龍門結(jié)構(gòu)平臺主要參數(shù)如表2所示。

表2 高精密龍門結(jié)構(gòu)平臺主要參數(shù)

CoolDrive S7L有兩種方式可以提供高精密的龍門控制：

1.驅(qū)動采用模擬量的控制方式，可以有更短的控制周期（在龍門的控制中，更短的控制周期至關(guān)重要）。由控制器來進行位置環(huán)與速度環(huán)的控制，可以提供快至2.5us的電流環(huán)更新周期和高達16位的電流采樣精度，提供高帶寬和高精度的電流環(huán)控制，可以實現(xiàn)非常高的龍門控制精度。

2.CoolDrive S7L還針對控制器成本有要求的客戶，推出了基于驅(qū)動器的高精度龍門同步功能，可通過驅(qū)動器高速同步通訊接口最大以62.5μs的更新周期，在兩個龍門軸之間進行轉(zhuǎn)矩、速度以及位置信息的交互，使得龍門軸之間的同步周期大大縮短（目前主流的總線通信最大為250μs），并采用先進的交叉解耦控制算法，顯著減小龍門主從軸間的同步誤差，可以實現(xiàn)更加優(yōu)異的龍門同步效果。

3.此外，通過運用誤差補償功能，對光柵尺反饋的誤差進行補償，可以進一步提高龍門精度。

圖2 十字型直線電機平臺結(jié)構(gòu)圖

圖3 高精密龍門結(jié)構(gòu)直線電機平臺

圖4 高精密龍門平臺結(jié)構(gòu)圖

圖5 基于驅(qū)動器的高精度龍門同步功能

表3 CoolDrive S7L主要性能參數(shù)

圖6 CoolDrive S7L產(chǎn)品圖

三．CoolDriveS7L產(chǎn)品介紹

為了滿足功能日益復(fù)雜的設(shè)備對性能的要求，CoolDrive S7L選擇了更高性能的硬件平臺，將伺服性能提升到一個全新的水準(zhǔn)。目前直驅(qū)型有兩個版本：CoolDrive S7LE(Ether CAT總線型)；CoolDrive S7L-U(模擬量&脈沖型)，性能優(yōu)勢包括：

● 支持自整定；

● 電流環(huán)更新時間快至2.5μs，速度環(huán)、位置環(huán)控制周期62.5μs；

● 支持誤差補償；

● 支持高精度龍門同步功能（可選）；

● 支持多種反饋模式：A,B,Z信號，BISS-C,1Vpp等(部分在開發(fā)中)；

● 支持1~300Hz段的低頻濾波；

● 5個諧振抑制陷波濾波器，頻率范圍50~4000Hz；支持高速位置比較輸出等。