步進(jìn)驅(qū)動為什么要采?外置光柵尺？

步進(jìn)驅(qū)動外置光柵尺相較于伺服驅(qū)動調(diào)試簡便、成本低，廣泛應(yīng)用于低速高扭矩、負(fù)載波動、機(jī)械傳動平臺高精度末端定位、成本預(yù)算敏感的工業(yè)控制場景，如自動化設(shè)備、精密加工、機(jī)器人控制、計量儀器等。

（步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)原理示意圖）

傳統(tǒng)步進(jìn)系統(tǒng)采用開環(huán)控制，脈沖指令與傳動平臺末端位移的最終位置可能并非是目標(biāo)位置，易受傳動鏈誤差及負(fù)載擾動影響而產(chǎn)生定位偏差。通過外置光柵尺后，可直接反饋負(fù)載的實(shí)際位移，控制器基于位置誤差實(shí)時修正脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)平臺末端的全閉環(huán)高精度運(yùn)動控制。

（步進(jìn)電機(jī)全閉環(huán)控制系統(tǒng)原理示意圖）

正運(yùn)動12軸步進(jìn)控制的光柵尺全閉環(huán)解決方案：ZMC412CL

為了解決這些問題，正運(yùn)動推出12軸脈沖型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制器ZMC412CL，支持多軸位置反饋閉環(huán)控制，并在運(yùn)動過程中基于反饋誤差對脈沖指令進(jìn)行實(shí)時修正，從而降低末端位置誤差與失步風(fēng)險。

控制器采用FPGA實(shí)現(xiàn)底層運(yùn)動控制與反饋信號高速采集處理，并提供統(tǒng)一API開發(fā)函數(shù)庫，用戶可進(jìn)行二次開發(fā)快速構(gòu)建閉環(huán)控制應(yīng)用。方案在保留步進(jìn)控制系統(tǒng)低成本、易集成、易調(diào)試優(yōu)勢的同時，并將末端精度與系統(tǒng)可靠性提升至趨于脈沖伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

步進(jìn)電機(jī)的外置光柵尺全閉環(huán)解決方案

ZMC4系列高效的網(wǎng)口讀寫，PCIe/PCI系列卡可共享內(nèi)存接口（MotionRT750系列產(chǎn)品共享內(nèi)存的批量讀寫1-3us）；

內(nèi)置反向間隙補(bǔ)償，雙向螺距補(bǔ)償，2D平面補(bǔ)償；

開放的PT/PVT接口客戶可自定義加減速算法的二次編程；

支持正、負(fù)、零限位的硬限位設(shè)置和正負(fù)限位的軟限位設(shè)置；

控制器位置比較輸出最高精度可以精確到1個脈沖；

BissC編碼器的脈沖控制的全閉環(huán)；

ABZ差分編碼器的脈沖控制的全閉環(huán)。

通過RTSys示波器對比開環(huán)控制與全閉環(huán)控制效果

開環(huán)控制

閉環(huán)控制

測試發(fā)現(xiàn)：步進(jìn)驅(qū)動器的閉環(huán)控制，運(yùn)動過程中隨動誤差（規(guī)劃位置和光柵尺反饋位置的差值）除了啟動和停止以外大部分保持在0個脈沖當(dāng)量左右，相比較開環(huán)控制有較大的提升，當(dāng)運(yùn)動結(jié)束時光柵尺的反饋位置和指令規(guī)劃位置也是相等的。

總結(jié)：在相同速度/加速度與負(fù)載條件下，運(yùn)動開始階段，兩種方案均有振蕩。開環(huán)控制方案在運(yùn)動階段峰值誤差更大、振蕩衰減過程更長，表明末端誤差受傳動鏈與機(jī)構(gòu)動態(tài)影響更明顯。

引入光柵尺全閉環(huán)后，系統(tǒng)以負(fù)載真實(shí)位移為反饋量，隨動誤差峰值降低且誤差收斂更快、穩(wěn)定時間更短。結(jié)果說明全閉環(huán)可有效抑制傳動誤差、間隙與擾動引起的末端偏差。

ZMC412CL脈沖型網(wǎng)絡(luò)控制器硬件信息

本身支持12軸，最多可擴(kuò)展至32軸。

24路通用數(shù)字量輸入，8路高速鎖存，12路通用數(shù)字量輸出，2路PWM輸出和4路PSO硬件比較輸出。

支持2路模擬量輸出DA。

支持RS232、RS485、CAN總線以及EtherNET網(wǎng)口等通訊接口。

以太網(wǎng)接口，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線或系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、集散控制。

兼容步進(jìn)、馬達(dá)、伺服等常見電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)等平面和空間軌跡控制要求。

支持開環(huán)、半閉環(huán)與全閉環(huán)控制下的相對/絕對運(yùn)動、點(diǎn)動、用戶坐標(biāo)系運(yùn)動及多軸聯(lián)動等功能。

集成ABZ增量式與SSI/BissC絕對式編碼器反饋接口，支持步進(jìn)半閉環(huán)/全閉環(huán)控制，同時支持雙反饋（電機(jī)端編碼器 + 光柵尺）閉環(huán)控制。

可通過RTSys IDE開發(fā)環(huán)境的API接口使用各種環(huán)境與上位機(jī)語言進(jìn)行運(yùn)動控制項(xiàng)目代碼的編程、測試、調(diào)試與配置。

（純國產(chǎn)IDE開發(fā)環(huán)境RTSys）

（可調(diào)用統(tǒng)一API函數(shù)庫進(jìn)行開發(fā)）

正運(yùn)動技術(shù)專注于運(yùn)動控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運(yùn)動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運(yùn)動控制核心技術(shù)和實(shí)時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動控制卡_運(yùn)動控制器_EtherCAT運(yùn)動控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運(yùn)動控制PLC_運(yùn)動控制_機(jī)器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運(yùn)動控制卡等等。

審核編輯 黃宇