更新运动系统的方法

为了在激烈的竞争中取胜，生产商们必须想方设法制造出比上一代产品或市场上的竞争产品速度更快、体积更小、运行更精确、噪音更小、成本更低的机器。同时，随着机器老化、花费增加和技术进步，运动系统的更新换代也成为必需。无论什么原因，技术变革意味着需要改进系统，而对系统的改进又反过来加剧了竞争。但是，系统改进常常伴随着设计和实施上的挑战，而能否应对这些挑战，决定了变革的成功与否。

　　电动执行器取代液压或气压执行器、伺服技术取代步进电机技术和无刷伺服电机取代有刷伺服电机，这些都是最典型的技术进步。一般来说，将液压或机械系统更换为伺服控制系统，比将步进控制系统更换为伺服控制系统的要求更高。采用步进电机和步进驱动器的企业都拥有电气技术方面的专业人士，而采用液压或气压控制系统的企业却往往不具备这方面的人才。但是，只要经过培训并拥有了一些应用的经验，实现技术更新并不难。

减少变化，提高重复性

　　假定流体、半流体或熔融物要以特定速度流过，由于不同物质的粘度不同，很难用液压或气压活塞实现连结。一个解决方案就是将PLC与测力计连接，以开关的形式来控制力度。这就是通常所说的“砰砰控制”，在有恒温器的情况下会运转得更好，但并不是用于控制精密机械的。

　　用户当然可以在这种控制中采用模糊逻辑方法瞬间完成变化，但是这样并不比用输入或气门的方式减少变化频率好多少。用伺服执行器替代气缸时，无需任何特殊部件或额外部件，即可通过伺服放大器控制力度和速度。在控制过程中，电机的位置、速度和电流可以不断得到调整，以符合特定应用需求。

了解应用需求

　　深入了解应用的运动需求，是运动控制工程师的首要工作。这就意味着他们对机械、电子、软件和动力学要有深入了解。如果系统要求用点到点运动来选择和放置电气元件，就没必要最小化跟踪误差来约束控制系统。这种错误的操作会导致在控制系统上耗费过多的精力，而产生其它问题，如受控装置的共振或过热。如果在测绘或印刷应用中出现这样的错误，它会直接影响输出质量。

　　使用模拟装置和电路试验板可以更全面的掌握应用的需求和局限性。精确模拟可以减少在开始阶段出现失误的次数并避免重新设计。如果常常出现失误和重新设计，就会造成资金浪费，很难实现创新。

　　目前有许多非常逼真的模拟工具可以大幅缩短设计时间。我们当然可以设计一个系统来实现模拟过程，但是这需要大量的时间、空间和试验。使用物理试验板也会产生材料延迟、内部员工安置和资金有限的问题。但这并不意味着应该避免使用试验板，因为通过它可以确定一个系统是否值得投资，这样操作的难度并不大，还会省去大量为此思考的时间。

　　模拟工具可以帮助用户在要求的规格内改变设计，确定设计方案的耐久性和可用性，如Visual Solutions公司的VisSim和丹纳赫传动（Danaher Motion）公司的Motioneering 和 Model Q 模型软件。这样一来，在购买材料之前即可大致分析出所需力度、扭矩、加速度和频率。

由机器老化引起的更换

　　当机器老化、需要更新时，有一些容易忽视的性能问题足以促成或破坏项目。

　　例如，有刷动圈式旋转电机可能会有寿命短、功率不足的缺点，但是它的更换也不会因为性能而受到影响。有的应用要求速度环带宽比标准数字伺服放大器的带宽高出三到四倍，但是在高性能应用中更换这种有刷电机仍然可以顺利完成。

　　在最新的FPGA技术下，包括丹纳赫传动公司的S200系列在内的数字伺服放大器的电流环带宽可达到3,000赫到5,000赫。在这种情况下，速度环带宽可以达到甚至超过1,000赫。如果高带宽系统配以合适的电机，其性能会达到甚至超过早期技术所带来的性能，同时还可提供无刷技术所具有的寿命长、功率处理能力强等优势。

更新实例

　　以下实例可以证明通过技术更新能够降低成本、提高效率、增强控制能力。环球仪器公司（Universal Instruments）的电子集成设备中，位于径向引脚插口上的元件贴装头的速度需要提高。之前采用的是气压控制，但实践证明它限制了机器的性能，原因包括：
• 环境因素
• 压缩时间不一致
• 阀门执行器不一致
• 排气限制

　　为了解决这些不一致的问题，旧系统采用了液压减震器、比例式气垫气缸、增强器和专有排气消声器，以去除无法排放到空气中的雾化油。

　　向伺服环境转换并不是没有挑战，但是丹纳赫传动的R系列电机无需减震器、专用气门和其它气压系统配件即可满足应用需求。由于该机器的功能是一系列操作的一部分，运动时间和加速度的一致性使其它功能得到了发挥，这样可以提高周期率。寿命试验反映了其它一些问题。由于没有震动，一些部件的磨损减少了，因而大幅增加了机器的可靠性和正常运行时间，减少了机器的启动次数，这是之前没有预料到的益处。就配合而言，无刷电机和放大器的组合比之前的方案更有成效。

　　这个系统首先在VisSim软件中进行了模拟试验，在短时间内就产生了非常出色的效果。在进行模拟之前，似乎没有一款电机符合应用需求，因为它们的封套和性能都不合要求。采用了由丹纳赫传动的定制电机和标准放大器组成的模型之后，模拟试验得以顺利进行。其成果就是环球仪器公司的专利产品Radial Lead 8XT。该专利产品（USPTO #6,161,443）是物理试验板和模型集成的结果，专利发明人亲自参与了这个试验。
关于丹纳赫传动
　　丹纳赫传动是全球领先的运动控制解决方案提供商，致力于不断帮助全球原始设备制造商（OEM）制造更优质、更高速的机器设备。丹纳赫传动的产品广泛运用于航空、医疗、机器人、半导体、电动车辆和包装等工业部门，能够大幅提高这些技术应用复杂且要求严格的部门的效率和生产率。在过去60多年中，丹纳赫传动的产品创新通过其用户信赖的品牌一直在推动着运动控制行业的不断创新，旗下品牌包括Kollmorgen、Thomson和Dover等多个著名品牌。丹纳赫传动是丹纳赫公司（NYSE 交易代号：DHR）的战略平台之一。详细信息请查询：www.danahermotion.com.cn