1 龍門設(shè)備簡介

　　龍門系統(tǒng)是一種以“跨式框架結(jié)構(gòu)”的機械類設(shè)備，在橫向(X軸)、縱向(Y軸)、垂直(Z軸)三個方向上運動，類似可大范圍移動的“簡易機械手”，由于其具備的靈活性特點，因而已成為了物料搬運、精密裝配等場景中的核心裝備控制，被大量應(yīng)用在電子、電池、汽車、食品、醫(yī)藥等行業(yè)，是連接自動化生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵紐帶。另外，機床、起重等行業(yè)也在大量使用龍門設(shè)備，有時功率非常大，很多場景下使用的是位置的全閉環(huán)控制，技術(shù)難度很大。而本文主要探討的是中小型伺服控制系統(tǒng)中的龍門設(shè)備，功率范圍基本在100w-7kw之間，幾乎都是位置的半閉環(huán)控制，相對比較簡單。

　　調(diào)試過龍門控制的工程師們，都有深刻的體會，Y軸和Z軸調(diào)試起來相對容易，而水平軸的2個伺服軸的位置同步調(diào)試則最頭疼。使用或維護(hù)龍門設(shè)備的工程師們，感到最麻煩的事情是“龍門運行不穩(wěn)定”，因為水平軸經(jīng)常會出現(xiàn)位置偏差、電機扭矩過大、電機堵轉(zhuǎn)等報警情況。最讓廠家們感到不解的是，剛剛調(diào)試或驗收完的設(shè)備，運行正常，但是運行半年或1年之后，問題會越來越多，報警頻發(fā)，甚至需要重新調(diào)試。這里，我僅從一名運動控制工程師的維度，談?wù)剬堥T的兩根水平軸控制的理解，僅供大家參考。

　　2 龍門控制分析

　　控制龍門兩根水平軸的位置同步，最常用有以下兩種方法：

　　(1)虛軸同步：以一根虛軸的位置為主軸，兩根水平軸分別與虛主軸保持1:1的齒輪同步。

　　(2)實軸同步：以一根軸的實際位置為主軸，另外一根軸跟隨主軸，保持1:1的齒輪同步。

　　第一種的同步：經(jīng)常被用在包裝、食品飲料、印刷等生產(chǎn)機械行業(yè)，它是為了確保同步的幾根伺服軸在同一時刻接受到速度和位置命令。通過與同一個虛主軸同步，從而實現(xiàn)各從軸之間的同步，這是典型的軸的設(shè)定值同步。

　　第兩種的同步：一根軸與另外一根軸的電機實際位置同步，雖然位置的設(shè)定值與實際值之間有一個跟蹤誤差的差距，但可以用一個位置值來補償，這是典型的軸的實際值同步。

　　這兩種同步模式都是在想方設(shè)法地讓水平軸的兩個電機的位置保持同步，從而達(dá)到龍門的兩側(cè)的機械框架也保持同步。

　　這兩種模式的前提條件是：龍門的兩個水平軸的機械剛性非常好，長時間運行后，兩邊不會太大的機械間隙，且間隙較為一致。以上條件，只靠機械側(cè)努力，幾乎很難做到，電氣系統(tǒng)的控制上必須想辦法去緩解兩根水平軸在運動過程中的相互“較勁”，否則，兩側(cè)的機械會越來越“較勁”，從而導(dǎo)致報警頻發(fā)，甚至無法正常運行。現(xiàn)在市場上出現(xiàn)帶龍門控制功能的伺服系統(tǒng)，我估計不會有太大作用。我個人認(rèn)為，對于半閉環(huán)控制，如果只是兩根軸的電機實際位置同步，根本解決不了兩根軸的機械上的相互“較勁”的問題，同樣會導(dǎo)致報警頻發(fā)。因為電機的實際位置與機械位置還是有差別的，而且如果電氣控制不想辦法去處理，會導(dǎo)致機械相互較勁越來越嚴(yán)重。從根本上解決位置同步和機械相互“較勁”的問題，下面兩種方法值得考慮：

　　(1)全閉環(huán)位置控制，即安裝水平軸的實際位置測量裝置，讓兩根軸的機械位置永遠(yuǎn)保持一致。

　　(2)半閉環(huán)位置控制時，在運行過程中，保持位置同步，同時監(jiān)控、比較兩側(cè)電機的力矩情況，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a償。

　　龍門控制其實是一個比較綜合的問題，與機械和電氣的關(guān)聯(lián)度特別高，既要考慮位置上同步，同時也要考慮電機力矩的同步，這樣才能實現(xiàn)在運行的過程中，兩側(cè)機械能夠平穩(wěn)運行，減少相互“較勁”和伺服報警。從這個意義上來說，更多的需要“Application”工程師想辦法去解決的問題?，F(xiàn)在的龍門控制，已經(jīng)開始利用數(shù)字化技術(shù)，對運行過程中的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如：速度、位置、力矩以及加減速過程的運控數(shù)據(jù)，從而判斷整個機械設(shè)備的狀態(tài)，這樣不但能夠?qū)崿F(xiàn)運行“0”報警，同時還能夠給使用者提供一些預(yù)測性維護(hù)的建議，我相信這樣的龍門控制，應(yīng)該是OEM廠家和終端客戶所希望的，必須給予點贊。