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極限競爭下的機器 ——快速響應的運動控制

文：/貝加萊工業自動化（中國）有限公司2025年第五期

摘要：機器的速度和精度，總是一對矛盾體，因此，為了解決這一矛盾就需要不斷地降低系統的采樣和控制周期的時間，此所謂“天下武功，唯快不破”。而伺服驅動系統的更快響應速度，就能為更高精度的加工提供更強大的響應能力。

過去的20年里，貝加萊所經歷的客戶行業，其機械速度都在不斷的提升，也陪伴著中國制造業的強勢崛起。表1中，顯示了作為參與者所見到的這種變化，雖然速度僅僅只是衡量機器性能的一個維度——但是，速度的提升會帶來眾多的控制難題需要解決。
對于高速機器而言，“失之毫厘差之千里”，在高速、高精度的制造業里，電氣傳動控制的水平決定了機器所能達到的水平。為此，貝加萊的運動控制ACOPOS家族一直在這個過程中扮演著默默卻舉足輕重的角色。

1 50μS響應能力
早在2014年，貝加萊推出的ACOPOS P3系列伺服驅動器，就以50μS的位置環響應速度而在伺服驅動業界達到了一個新高度（圖1）。
機器的速度和精度，總是一對矛盾體，因此，為了解決這一矛盾就需要不斷地降低系統的采樣和控制周期的時間，此所謂“天下武功，唯快不破”。而伺服驅動系統的更快響應速度，就能為更高精度的加工提供更強大的響應能力。
貝加萊ACOPOS系列伺服驅動器內置的SPT智能路徑技術（圖2），能夠為驅動系統提供本地的任務編排功能，運行在驅動器內，確保了驅動器無需主站協調的高速響應能力。
同時，SPT智能路徑也是可以被以拖拽的方式進行編排的，這對于用戶而言，令到復雜的運動控制也會變得更為簡單的實現。
2 ACOPOS系列的分布式智能架構
與市場上很多采取集中式控制架構的運動控制系統不

同，ACOPOS系列伺服驅動具有強大的本地智能功能。對于ACOPOS系列而言，像電子齒輪、電子凸輪（CAM）同步、運動控制的PID、鼓序列發生器等功能，均可以在驅動器內部編程并運行；而非依賴于主站的協同，主站在這里更多的是執行“整機任務編排”的職能，將作業參數下發給驅動系統，并監控運行過程。
舉例：電子凸輪同步裁切
如圖3所示，很多廠商實現這個任務，通常需要將速度同步的外接編碼器接入到PLC的I/O模塊中，被PLC的處理器掃描。而貝加萊的ACOPOS P3伺服驅動器則有可外接編碼器的預留口，這使得外接編碼器可以直接被接入到ACOPOS P3驅動器中，由驅動器直接對其進行內部的同步運算。
這種架構會帶來更快的響應速度，因為它省略了上傳主站進行協調所需的通信時間，包括外接編碼器、色標傳感器（驅動器Trigger直接接入）。
這類應用場景包括：
· 紙張印刷裁單張；
· 圓盤貼標機瓶子的定位；
· 立式/水平包裝熱封動作；
· 切紙機 ……
3 交叉通信帶來的同步性協作
交叉通信帶來的同步性協作在高速機電控制系統中，運動控制的三環控制、通信循環、控制任務的循環，要保持較為合理的匹配，才是最優的系統。而ACOPOS伺服驅動系列所支持的POWERLINK則是一個采用廣播幀的網絡，它意味著可以實現“交叉通信”，即在多達數十個乃至數以百計的軸要實現定位與同步控制。
這種同步能力的應用場景包括：
· 在高端的凹版印刷機的電子軸同步領域；
· 流延膜雙向拉伸線；
· 碳纖維多軸向經編機系統；
· 鋰電池/電容器的濕法隔膜線；
· 高速卷繞頭 ……
交叉通信并不需要花費時間將每個軸的信息發送至主站，而是通過廣播讓每個其他軸“聽到”，幀中包含了目標地址。這種無需主站即可實現的同步控制功能，大幅提高了機器的響應效率。