基于Copley驅(qū)動器的兩個直線電機同步控制的設計

王 慧，李國林，劉玉倩

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 100176)

隨著LTCC（低溫共燒陶瓷）技術的廣泛應用，對陶瓷片的印刷過程也提出了越來越高的要求，以往對印刷面積和印刷精度要求不高的場合常采用的氣壓印刷方式已經(jīng)不能滿足陶瓷片的印刷要求。因此要在整體結(jié)構(gòu)上做出適合這種工藝的調(diào)整。將由一側(cè)電機帶動的印刷機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓛蓚€安裝對稱的直線電機同步帶動，且保證運行平穩(wěn)。

1 絲網(wǎng)印刷機中特殊機械結(jié)構(gòu)

在LTCC印刷機中，印刷頭結(jié)構(gòu)常采用龍門式架構(gòu)，由于印刷過程中要求作用在瓷片上的作用力均勻分布，所以對整體的機械結(jié)構(gòu)要求力平衡，因此這種結(jié)構(gòu)主要是采用兩個參數(shù)相同的直線電機平行排布，走向一致以帶動印刷頭同步運動，保證輸出力平衡。在裝配時要嚴格保證兩電機安裝在同一平面上。

在印刷頭結(jié)構(gòu)圖中，印刷工作臺由X、Y、θ三向電機驅(qū)動，印刷頭裝置通過導軌裝置與1號電機和2號電機直接相連，構(gòu)成龍門式結(jié)構(gòu)。兩個電機平行安裝在Z向網(wǎng)框上，連同印刷頭裝置由Z向電機帶動執(zhí)行升降運動。

運動流程描述：在執(zhí)行印刷過程時，Z向電機帶動Z向網(wǎng)框運行至印刷高度，X、Y、θ三向電機經(jīng)調(diào)整后到達印刷位置，此時，控制兩個電機的驅(qū)動器向電機發(fā)送運動速度指令，使兩個電機同時以相同的速度執(zhí)行完印刷平移動作。

印刷頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 印刷機構(gòu)示意圖

2 兩個并行電機的定子排布

為確保電機運行過程中的同步性，電機定子的排列順序一定在同一方向上保持一致，即N級與S級首尾相接且兩側(cè)采用同一排序，這主要是讓兩電機線圈在磁場中受力保持一致，且方向相同。由于行程長，電機的定子磁塊分成幾種，所以要在兩側(cè)相互對應的位置排列同一種長度的磁塊。裝配上嚴格保證對稱平齊。磁塊的N級與S級之間的安裝間隙越小越好，如圖2所示。

3 運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)

該控制系統(tǒng)主要采用位置閉環(huán)控制，通過CanOpen網(wǎng)絡進行通訊。上位機為工控機控制，以PCI總線連接CAN通訊卡，Copley驅(qū)動器通過CAN總線連接到通訊卡上實現(xiàn)對電機的閉環(huán)控制。我們采用兩電機并聯(lián)的方式，共用一個反饋系統(tǒng)，如圖3所示。

圖2 電機定子排布圖

圖3 硬件框架圖

4 電機實際參數(shù)的設置和相位校正

(1)參數(shù)設置。在這種特殊結(jié)構(gòu)中，由于一個驅(qū)動器同時控制兩個電機，參數(shù)要根據(jù)電機實際運行時的狀態(tài)來考慮。由于采用并聯(lián)，驅(qū)動器電機輸出端的電阻和電感應該是在同時接通兩電機時測量每一相后的平均值。對于電機本身的固有參數(shù)，反電動勢常數(shù)BMF和Fc均保持不變，電機的峰值推力也應該是兩個電機的峰值推力之和。

對于電機的連續(xù)電流IC應按照下列公式計算：

其中：IC為電機連續(xù)電流；Fp為峰值推力；Fc為力常數(shù)

此處連續(xù)電流為直接輸入驅(qū)動器軟件中的電流值。

(2)采用CME2進行電機參數(shù)設置，如圖4所示。

圖4 CME2參數(shù)設置

(3)相位校正。電機在初始化過程中首先要對電機相位進行校正，本系統(tǒng)主要采用的是Hall和Encoder相結(jié)合的反饋模式，電機通電后，霍爾傳感器在一段磁極范圍內(nèi)按照我們設置的方向進行調(diào)相，因為只采用一個霍爾，所以其中一個電機的相位調(diào)整靠機械件間的穩(wěn)固連接方式來保證，雖然在安裝時定子不是完全絕對的對稱，它們之間存在微小的誤差，但是這種誤差在機械結(jié)構(gòu)剛性很強的前提下是不影響運動控制的。并且在陶瓷片印刷過程中沒有過低的印刷速度，由于機械連接造成的微小誤差是不會影響印刷質(zhì)量的。

5 控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

Copley提供了供開發(fā)的基于C++的底層函數(shù)，所以我們在VC++環(huán)境下編譯測試程序。首先初始化CAN網(wǎng)絡，可以采用CAN View軟件監(jiān)控驅(qū)動器CAN網(wǎng)絡是否初始化成功。然后初始化驅(qū)動器對象，驅(qū)動器對象調(diào)用設置參數(shù)對電機發(fā)送控制指令，運動過程中可以通過驅(qū)動器調(diào)試軟件監(jiān)控速度曲線圖，獲取電機的位置誤差，進而在底層做誤差補償。

控制流程圖如圖5所示。

部分軟件功能代碼：

圖5 控制流程圖

6 總 結(jié)

本文介紹的這種單驅(qū)動器同步控制兩個電機的控制方式改變了以往的控制模式，滿足了印刷陶瓷片的工藝要求，并在實際設計中得到應用。

[1] 葉云岳，盧琴芬.直線電機技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 李華德.電力拖動控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.