引言：

在半導(dǎo)體晶圓加工，測量，精密激光切割，劃刻，掩模， 大格式FPD，OLED，PCB等檢測設(shè)備， 大格式工業(yè)打印機(jī)，大格式激光加工設(shè)備，SMT等領(lǐng)域，直驅(qū)龍門和大跨度龍門的平臺的應(yīng)用越來越廣泛。這些龍門平臺往往大部分用直線電機(jī)，或旋轉(zhuǎn)伺服來驅(qū)動控制。但如何控制好這些龍門平臺，使得它即快速，又平滑，又能快速整定以滿足工藝的要求。那就得需要真正的雙驅(qū)龍門算法來滿足這類控制要求。相比較于傳統(tǒng)的所謂龍門算法，基本采用主從跟隨的方式來解決問題。ACS運(yùn)動控制采用的是交叉解耦方式來實現(xiàn)雙驅(qū)龍門控制，當(dāng)然算法中還集合了ACS多年在此類應(yīng)用中其他一些算法來優(yōu)化雙驅(qū)龍門算法。這樣對用戶來說配置，設(shè)置，調(diào)試就相當(dāng)簡化。

提示：僅需要很小的升級就可以讓用戶戶老的龍門系統(tǒng)支持我們新的標(biāo)準(zhǔn)支持。見Section 1.8

1.1 硬件連接

一個完整的龍門系統(tǒng)需要專門負(fù)責(zé)龍門軸的兩個馬達(dá)和兩個編碼器：因此，龍門需要使用SPiiPlus的兩個軸。兩個龍門軸必須屬于相同的伺服處理器（SP），因此有確定的伺服限制存在。對于只有2個軸的伺服處理器，0軸控制兩軸之中的longitudinal (average)軸，1軸控制兩軸之中的yaw(difference)軸。對于4軸的伺服處理器，兩對龍門軸分別是，軸0 (longitudinal)和軸2 (yaw)，軸1(center of gravity)和軸3 (yaw)。

1.2 電機(jī)的標(biāo)志定義

● MFLAGS (axis) bit 1 (#OPEN) —在龍門模式下，1：開環(huán)操作，使能longitudinal或者yaw

● MFLAGS (axis) bit 25 (#GANTRY)——1代表使能龍門操作

1.3 設(shè)置程序

以下設(shè)置程序針對兩軸伺服處理器。通過適當(dāng)?shù)男薷妮S號，我們可以將以下設(shè)置程序應(yīng)用于其他伺服處理器上。以下操作的前提是假設(shè)兩個龍門馬達(dá)和驅(qū)動器都是相同的。

硬件設(shè)置：

1）連接0軸和1軸的馬達(dá)編碼器線纜到編碼器輸入端子上（只要馬達(dá)號和編碼器號匹配正確，哪個馬達(dá)對應(yīng)軸0或者軸1都沒有關(guān)系）。

2）分別連接軸0和軸1 的驅(qū)動器輸出到軸0和軸1相對應(yīng)的馬達(dá)上。

3）設(shè)置Set MFLAGS(0).25 = 0 and MFLAGS(1).25 = 0以確保兩種正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

      設(shè)置MFLAGS(0).12 = 0, MFLAGS(0).13 = 0, MFLAGS(1).12 = 0, and MFLAGS(1).13 = 0.

4）打開調(diào)試向?qū)?，按照普通獨立軸的設(shè)置方法設(shè)置軸0.

      對于初始調(diào)試，不要把位置誤差極限設(shè)置的太小。

5）保存結(jié)果到flash，轉(zhuǎn)向軸1.

6）將軸0的參數(shù)復(fù)制到軸1。

7）跳到前面的調(diào)試和換向，確認(rèn)軸0的參數(shù)可以讓軸1運(yùn)轉(zhuǎn)良好（確保軸0是 Disable的）

8）使用終端或者查看窗口，確認(rèn)兩個編碼器工作正確而且讀數(shù)方向相同?？梢酝ㄟ^Disable這兩軸，用手推動這兩軸到一個確定距離查看編碼器的讀書和方向。如果編碼器極性不對，應(yīng)該在硬件上進(jìn)行修改（交換A和A-）。

1.4 龍門調(diào)試

初始設(shè)置是讓馬達(dá)在非龍門模式下調(diào)試，每次只有一個軸使能。下面我們要在龍門模式下調(diào)試這兩個軸。

提示：調(diào)試龍門系統(tǒng)必須具備伺服控制環(huán)路理論、柏德圖、頻率分析的知識，如果需要幫助請聯(lián)系jasonhu@acsmotioncontrol.com.

初始龍門調(diào)試：

1）用手盡可能的將龍門軸的絲杠對其（適用于柔性龍門系統(tǒng)）。如果存在交叉軸負(fù)載，將其放在中間位置。

2）確認(rèn)每個軸的調(diào)試參數(shù)是相同的。

3）讓馬達(dá)以相同的速度規(guī)劃運(yùn)動相同的距離。

4）從SLVKP開始調(diào)節(jié)調(diào)試參數(shù)，之后調(diào)試SLVKI和SLPKP（似乎SLVKP需要被減少）。為了防止兩個馬達(dá)由于伺服參數(shù)不匹配造成相互排斥，必須同時改變兩軸的調(diào)試參數(shù)。

5）時域調(diào)試成功結(jié)束后，使用頻率響應(yīng)函數(shù)分析器（FRF）確認(rèn)各軸的穩(wěn)定性。確保使用頻率響應(yīng)函數(shù)分析器對兩軸都進(jìn)行分析。初始龍門模式調(diào)試結(jié)束后，保存調(diào)試參數(shù)以便今后在回零程序中使用。

真正的龍門調(diào)試：

下一步是進(jìn)入真正的龍門調(diào)試模式，優(yōu)化longitudinal和yaw軸參數(shù)。一定要記住，一旦進(jìn)入龍門調(diào)試會有一些變化。

a）FPOS(0)不再代表軸0 的編碼器，F(xiàn)POS(1)不再代表軸1的編碼器。此時FPOS(0)顯示的是longitudinal的位置，也就是軸0和軸1編碼器的平均值。FPOS(1)顯示的是yaw軸的位置，也就是軸0和軸1編碼器的差值。

b）讓軸0做longitudinal軸運(yùn)動，這個命令是作用在兩個馬達(dá)上的。讓軸1做yaw軸運(yùn)動，相反的命令被發(fā)送給兩個馬達(dá)。（提示：硬龍門系統(tǒng)對于偏離軸運(yùn)動響應(yīng)不是很好）

c）軸0的調(diào)試參數(shù)控制longitudinal軸，軸1的伺服參數(shù)控制yaw軸。

d）軸0的電流極限限制線性力。軸1的電流參數(shù)限制旋轉(zhuǎn)力矩。

記住這些變化，再次檢查電流極限。特別要注意，檢查軸1的XCURV 和 XCURI。這些參數(shù)必須被限定，尤其對于剛性龍門系統(tǒng)。

注意：因為XRMS仍然是兩個獨立馬達(dá)或驅(qū)動器電流的有效值的測試值，它不能被更改。

對于龍門模式之后的章節(jié)COG軸(center-of-gravity, longitudinal)對應(yīng)0軸，Yaw-axis對于1軸。

1）Disable 馬達(dá)，設(shè)置MFLAGS(0).25 和 MFLAGS(1).25 為1.

2）設(shè)置COG 和Yaw調(diào)試參數(shù)的初始值。COG的初始值可以設(shè)置為非龍門模式下軸0或者軸1的參數(shù)。大多數(shù)情況下，這可以導(dǎo)致一個穩(wěn)定的伺服調(diào)試。Yaw的調(diào)試參數(shù)通常要比這些值小。

3）對于硬龍門系統(tǒng)，在調(diào)試COG軸時，有時候需要打開Yaw控制環(huán)路。  

      如何打開？

4）Enable 馬達(dá)，用FRF分析器優(yōu)化COG軸調(diào)試參數(shù)

5）用FRF分析器優(yōu)化Yaw軸調(diào)試參數(shù)。

一旦龍門模式調(diào)試結(jié)束，保存所以參數(shù)到flash

1.5 換向

Commutation startup is required for future controller power-ups.  It can be done in several different ways:

換向啟動將在未來的控制器上電時完成。目前有幾種方法完成。

● 換向命令——換向命令可以用于最小閉環(huán)帶寬30-40HZ的小型和中型龍門系統(tǒng)

● 步進(jìn)模式換向——在大型龍門系統(tǒng)應(yīng)用中推薦使用這種方法

● 霍爾換向——這種方法具有魯棒性，適用于任何系統(tǒng)。但是相對于之前的兩種方法精度略低。

換向命令：

關(guān)于換向命令的詳細(xì)介紹請參考SPiiPlus Setup Guide。一定要注意，在龍門系統(tǒng)中使用換向命令時，一定要分別對每個馬達(dá)分別使用，因此這一命令必須在非龍門模式下使用。這是保存一組非龍門模式下調(diào)試參數(shù)的原因之一。當(dāng)使用換向命令時，推薦的操作步驟如下：

1）Disable馬達(dá)進(jìn)入非龍門模式(MFLAGS(0).#GANTRY = 0, MFLAGS(1).#GANTRY= 0)

2）下載非龍門模式下的調(diào)試參數(shù)

3）Enable軸0，使用換向命令進(jìn)行自動換向。結(jié)束后disable 軸0

4）軸1重復(fù)以上步驟

步進(jìn)模式換向：

步進(jìn)模式換向是讓軸以開環(huán)步進(jìn)模式運(yùn)動直到找到indexes的過程。一旦indexes被找到，換向相位從flash中取回。當(dāng)使用步進(jìn)模式換向時，推薦使用以下步驟：

1）Disable 馬達(dá)，進(jìn)入非龍門模式(MFLAGS(0).#GANTRY = 0, MFLAGS(1).#GANTRY = 0)

2）以步進(jìn)模式運(yùn)行軸0（整個過程中只有軸0是能動的），直到限位開關(guān)被觸發(fā)(或者停止被發(fā)現(xiàn))。反向運(yùn)行直到軸0和軸1的index被找到。

3）Disable 軸0，給軸0和軸1下載換向相位。

霍爾傳感器換向：

霍爾傳感器換向的詳細(xì)介紹請參閱SPiiPlus ACSPL+ Programmer’s Guide.

換向過程結(jié)束后可以進(jìn)入龍門操作模式。但是，對于大傾斜偏置系統(tǒng)這不是最好的方法，因為這樣可能造成yaw軸不穩(wěn)定。大多數(shù)情況下，當(dāng)非龍門模式調(diào)試參數(shù)可用時，推薦先在非龍門模式下回零馬達(dá)然后在進(jìn)入龍門操作模式

1.6 回零和傾斜對齊

回零的方法有很多，在這里我們只關(guān)注更通用的兩種方法：限位開關(guān)回零和結(jié)束停止回零。對于這兩種方法我們都假設(shè)軸0和軸1上都存在indeses，而且回零過程已經(jīng)成功完成。

限位開關(guān)回零：

限位開關(guān)回零是將兩電機(jī)運(yùn)動到限位開關(guān)然后退回到index的過程。Index被用作新坐標(biāo)平面的初始點?；亓憧梢栽邶堥T模式下或者非龍門模式下完成，推薦使用非龍門模式。當(dāng)在非龍門模式下使用限位開關(guān)回零時，推薦按照以下步驟：

1）Disable限位開關(guān)的默認(rèn)響應(yīng)

2）讓兩個馬達(dá)同時朝相同方向同步運(yùn)行

3）一旦遇到一個限位開關(guān)，停止相應(yīng)的馬達(dá)。一旦兩個限位開關(guān)都被發(fā)現(xiàn)反向并重置index標(biāo)志。

4）一旦軸0和軸1的indexes都被觸發(fā)，停止運(yùn)動。

5）用indexes設(shè)置各軸的零點位置

     SET FPOS(0) = FPOS(0) – ( IND(0) – OFFSET(0) )

     SET FPOS(1) = FPOS(1) – ( IND(1) – OFFSET(1) )

結(jié)束停止回零：

末端停止回零是運(yùn)動兩個馬達(dá)到物理末端然后返回index的過程。通過監(jiān)測位置誤差可以判斷什么時候末端停止被觸發(fā)。對于這種方法，要想具有魯棒性，必須先通過以一個相似的運(yùn)動規(guī)劃測試運(yùn)動機(jī)臺的最大位置誤差（尤其是有斜偏置存在時）。取一個略微大一點的值作為門限來判斷末端停止是否被觸發(fā)。這種方法可以在龍門模式和非龍門模式下使用，推薦在非龍門模式下使用。

在非龍門模式下使用末端停止回零時，推薦使用以下步驟。

1）減少兩軸 的輸出電流以防止損傷負(fù)載或者出現(xiàn)硬限位。（減少XCURI and XCURV）

2） 緩慢以相同方向移動兩軸

3）一旦位置誤差門限被超出，停止相應(yīng)軸的運(yùn)動。一旦兩軸都停止，反向運(yùn)動，復(fù)位index標(biāo)志。

4）一旦兩軸的index都被觸發(fā)，停止運(yùn)動。

5）重新設(shè)置輸出電流（重設(shè)XCURI 和XCURV）

6）用index給每個周設(shè)置零位

     SET FPOS(0) = FPOS(0) – ( IND(0) – OFFSET(0) )

     SET FPOS(1) = FPOS(1) – ( IND(1) – OFFSET(1) )

進(jìn)入真正的龍門模式：

從現(xiàn)在開始，我們進(jìn)入真正的龍門模式操作。進(jìn)入龍門真正的龍門模式需要按照以下步驟。

1）Disable 軸0和軸1

2）設(shè)置MFLAGS(0).#GANTRY and MFLAGS(1).#GANTRY，以允許龍門模式操作

3）下載龍門模式調(diào)試參數(shù)和安全參數(shù)。

自動斜對齊

不使用任何額外設(shè)備實現(xiàn)自動寫對齊的簡單方法是監(jiān)控Yaw軸的驅(qū)動電流。理論上來說，當(dāng)交叉軸非常完美的垂直時，Yaw軸只需要最小的驅(qū)動電流。噪聲問題會使對最小電流的搜索成為不可能，因此，這個過程只搜索一個電流的門限值。電流門限選擇必須大于任何噪聲造成的電流波動值。一個好的辦法是用一個較小的門限開始運(yùn)行自動斜對其多次。如果結(jié)果不是一致的，增加門限值重新開始。這個門限值要比馬達(dá)的有效電流值小一些。電流搜索要在正負(fù)方向上都進(jìn)行，當(dāng)門限值增加了，Yaw 軸反饋位置要被保存。兩個位置反饋的中點將被認(rèn)為是Yaw軸驅(qū)動電流最小位置。

在使用Yaw軸驅(qū)動電流自動完成寫對齊時，推薦使用以下步驟。

1）朝一個方向慢慢運(yùn)動Yaw軸

2）監(jiān)控驅(qū)動電流，一旦電流超過門限值，存儲電流反饋位置。

3）反向運(yùn)動Yaw軸直到電流門限再次超過門限，存儲反饋位置。

4）兩個反饋位置的平均值是Yaw軸的偏置，這個偏置將會被用到。設(shè)置Yaw軸反饋位置等于當(dāng)前反饋位置減去Yaw軸偏置。

4）存儲Yaw偏置到flash中。將來的回零程序可以從Flash中下載，到時候只需要步驟4就可以完成回零。

1.7 安全考慮

因為兩個馬達(dá)之間存在耦合，龍門平臺比單軸馬達(dá)系統(tǒng)需要更多的保護(hù)控制， ACS公司在龍門控制支持中加入了大多數(shù)額外的保護(hù)功能，但是對于使用者來說理解這些保護(hù)特點和理解他們會如何影響終端用戶是很重要的。

Enable/Disable  龍門馬達(dá)

當(dāng)兩個馬達(dá)是在龍門模式下時，他們本質(zhì)上被當(dāng)做一個大馬達(dá)。如果其中一個馬達(dá)被Enable ，另一個也會被Enable。如果其中一個被disable,另一個也會被disable。

電流保護(hù)參數(shù)

現(xiàn)在電流保護(hù)參數(shù)XCURI 和XCURV有了不同的意義。由于這些原因，在系統(tǒng)從非龍門模式進(jìn)入龍門模式時有必要更改一些這些參數(shù)的值。XRMS 保護(hù)值保持不變。

● COG軸：XCURI and XCURV會分別限制閑置和峰值時的線性力矩。COG軸電流輸出將被平均作用在兩個馬達(dá)上。

● Yaw軸：: XCURI and XCURV將會分別限制限制和峰值時的旋轉(zhuǎn)力矩。Yaw電流輸出會作用于兩個馬達(dá)。一個馬達(dá)得到正Yaw電流，另一個將會得到負(fù)Yaw電流。為了減少被加載在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的額外力矩，最小化the XCURI and XCURV的值是很重要的。

舉一個例子：我們假設(shè)我們的驅(qū)動器是5A的連續(xù)電流，10A的峰值電流。

如果COG軸的。XCURV是80（代表8A），Yaw軸被設(shè)置20（2A），在實際運(yùn)動中，任何一個軸的電機(jī)得到10A的電流都是有可能的。如果COG軸輸出是8A，Yaw軸輸出是2A，一個馬達(dá)將會得到10A的電流，而兩一個馬達(dá)會得到6A的電流。

結(jié)束語：

通過上面的設(shè)置調(diào)試，用戶很容易的就調(diào)試出比較出色的龍門平臺。調(diào)試工具的人性化和簡易化，即使你并不很懂伺服算法。非常適合不精于開發(fā)伺服算法的控制工程師，或電氣工程師甚至機(jī)械專業(yè)工程師的使用。以保證用戶縮短機(jī)器研發(fā)時間，以及生產(chǎn)周期等方面有極大的效益。