增强跟踪控制(ETC)

Aerotech独特的增强型跟踪控制(ETC)功能提高了点对点定位的移动和沉降时间，并减少了轮廓运动中的跟踪误差。它适用于所有Aerotech控制器(A3200, Ensemble^®和独奏者^®)，包括我们的Nmark®CLS高性能galvo控制器。增强型跟踪控制算法与传统的比例-积分-导数(PID)控制体系结构并行工作，并增加了伺服机构拒绝干扰的能力，否则将导致位置误差。

背景

在精密定位系统中，轴承摩擦是导致许多动态误差的主要原因。一个简单的库仑摩擦模型对于大尺度运动是足够的，但是微米级及以下的行为要复杂得多。具有不同预载荷和润滑水平的多个滚动元件之间的相互作用导致施加的力和产生的位移之间存在滞后关系。简单地说，力学并不像线性伺服理论预测的那样移动。结果是，当控制器试图将级拉到最终位置，或当级改变方向时，位置误差达到峰值时，在设定时间内会出现长尾。

伺服回路增益的频率响应图(图1)清楚地表明了轴承摩擦的影响。理想的响应平稳地从低频的高增益(表示良好的控制权限)通过交叉频率过渡到高频的低增益(防止不必要的机器振动所必需)。轴承摩擦在低频时产生的响应减弱，较低的环路增益意味着对扰动的响应较慢。增强型跟踪控制算法提高了伺服机构的低频响应，使其动态行为更接近于理想的无摩擦系统。

调优技术

增强型跟踪控制算法很容易调优，通常不需要改变现有的PID增益。系统首先应该进行常规调整，以获得良好的性能和稳定性指标，最好使用整体环路传输测量进行量化。增强型跟踪控制功能只需要两个额外的参数:比例因子和带宽。自动调谐算法确定比例因子(惯性、电机力常数和传感器分辨率的组合)，带宽设置为控制器交叉频率的适度部分。

点对点定位的改进

增强型跟踪控制算法通过消除与沉降到亚微米公差相关的长尾来提高点对点定位性能(图2)。带有滚动轴承的系统通常在准静态条件下花费很长时间，此时滚动元件几乎处于最终位置，但并不完全处于最终位置。在使用增强跟踪控制算法时，低频伺服系统的更高环路增益提供了额外的努力来推动轴承摩擦。

动态跟踪的改进

采用增强型跟踪控制算法抑制干扰力，动态跟踪性能也得到了提高。跟踪误差通常在方向反转时更严重，小圆轮廓是伺服机构跟踪的最大挑战之一。图3显示，当ETC应用于复杂轮廓时，峰值跟踪误差减少了4倍，这可以在激光切割应用中看到。

Galvo镜像控制的改进

高速激光振镜中使用的轻质反射镜特别容易受到最小的扰动力的影响。即使是最高质量的轴承也会表现出非线性摩擦行为，在精密应用中会降低定位性能。图4显示了在127 Hz频率下跟踪圆圈的命令的跟踪错误，有或没有ETC。启用该算法后，位置误差和最终的零件质量都得到了改善。

总结

Aerotech的增强型跟踪控制(ETC)功能提高了点对点的稳定时间，减少了精确应用中的跟踪误差。立即联系Aerotech，讨论您的应用，并了解ETC如何提高您的工艺吞吐量和质量。