直驅技術被國外工業界稱之為現代驅動技術中的先進方法和技術，被越來越多地應用到各行業中。作為直驅技術最主要和關鍵的部分即為直驅式旋轉電機（DDR）和直驅式直線電機（DDL），它不是簡單的將旋轉電機或直線電機搬到系統中去，而是要將這兩種電機根據不同的系統和工況進行系統的創新設計。

隨著用戶對直線電機的需求與日俱增，直驅產品的每年增長率大概在6%左右。相較于傳統的伺服電機驅動，直驅運動有以下優缺點：

首先是運動速度快，同時有很小的摩擦力，系統的剛性也非常好。此外，結構簡單，避免為了提高精度而使用第二編碼器的同時，也有維護性好、可長時間穩定運行、精度更高等優點。

但是相對于傳統的伺服電機，它的制造成本會高一點。同時由于直線導軌摩擦力小，就需要更好的控制算法進行控制。為了提高系統的剛性，還需要高增益及抑制震動，整定時間要求相對也高。同時，為了實現高精度和高分辨率，需要相應的編碼器提供支持。

直驅技術廣泛應用在傳統的半導體設備、跟視覺搭配的檢測設備、焊線機、平板顯示和3C，這類對精度和效率要求很高的行業。當然，為了提高機臺的運行速度和精度，現在在CNC機床也開始應用直驅產品。除此之外，還有光伏、鋰電、高速搬運等領域，直線電機也成為了許多用戶的首選。

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直線電機的控制難題

當然，直線電機對于控制的要求也非常高，首先要求高速、整定時間短，特別是在如焊線機等取放應用中，運動過程控制一定要穩定、速度波動小。在激光或檢測領域，同時對于定位精度的要求也非常高，還有一些特殊的應用，要支持位置比較輸出功能等。

在特殊的應用結構中，例如龍門就需要驅動器提供更好的支持，這需要產品開發出特別算法來做支持。為此，非線性運動控制或基于頻域線性分析，成為了直驅控制方式的最佳選擇。

傳統的手段是三環控制，即電流環、速度環和位置環。這種控制方式有自身的優缺點，比如它的PI、PID有固定的誤差，如果增加前饋會增加它的超調和整定時間。而采用HD（非線性控制）方式就可以克服這一困難，能把速度環跟位置環合二為一，最大程度提高系統的響應帶寬。

同時，憑借自適應的增益矩陣，可以根據位置、速度誤差進行自適應，為企業提供最佳的控制方式、最小的整定時間，并達到最佳的控制效果。值得一提的是，高創傳動的CDHD系列產品可以同時支持線性控制及非線性控制。

此外，共振抑制是控制的常見難題。如果沒有開啟共振抑制，會讓機臺末端一直抖動，沒法很好地控制誤差。為此，高創傳動專門開發了可以立即觸發共振抑制的功能，用主動阻尼的方式實現了共振的消除，并針對震動設置了多達三組的共振抑制點，以實現最優效果。

▲未開啟（上圖）和開啟共振抑制對比

針對各種復雜控制應用場景的要求，我們提出了用頻率分析的方式，對系統進行掃頻分析，以實現優化控制。我們采用了多項式的線性控制算法，分別設置它的零極點，根據頻率的模型進行自動調試設計。

一般可分成幾個步驟：第一步掃頻，用信號注入白噪聲，對系統進行頻率分析，通過設置不同的頻率范圍，涵蓋整個機臺響應的頻率點，且需要考慮克服摩擦力的影響，以得到更精準、更可靠的頻率分析圖。

采樣得到頻率分析圖后，我們就可以進行數學建模，根據共振點設計零極點的數目，并找到合適的模型匹配，在模型中就可以看到零點、極點以及頻率和幅值的帶寬。

根據生成的圖形，我們為了方便客戶使用，會采用自動生成控制參數的方式，自動匹配對應的濾波器，同時，也可以根據系統的閉環特性和實際效果進行微調，以最大程度地提高機臺性能，簡化客戶的使用體驗。

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直線驅動器的應用實例

眾所周知，龍門控制是一個比較有挑戰的應用場景。現在隨著機臺越做越大、要求越來越高，龍門成為了提高系統機臺速度、加速度以及負載能力的常見方案，它的控制也是一大難題。

首先，龍門要求兩個軸能在高速運行過程中中互不干擾。高創傳動提出用交叉解耦的控制方式，實現兩個軸的完美同步，并減少30%工作中的消耗電流，同時支持柔性及剛性龍門，而驅動器間則采用10Mb/s的龍門通信線進行信息傳輸。

位置誤差補償是提高系統精度的法寶。高創傳動的驅動器可以內建位置誤差補償，支持1000個補償點，同時支持直線和旋轉電機。

為了更好的客戶體驗，激光干涉儀產生的文件也可以不需要做任何修改，一鍵導入到驅動器中，最大程度方便客戶的使用。采用了誤差補償之后，也可以極大提高系統的絕對精度。同時，控制器也可支持三維空間的位置誤差補償。

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直線驅動器的未來發展趨勢

未來，隨著用戶對控制的要求越來越高，運動控制的挑戰也越來越大。經濟的高速發展，使得機械制造的成本逐漸降低，產能提高、交付縮短、開發周期變短，讓企業更迫切地需要更高的精度和更少的維護。

同時，廠商也更傾向于使用更好的設備、更好的控制條件來滿足自身需求。這也勢必會讓機器向輕型化發展，機械結構也將更加柔性靈活，這也將加大對驅動器和控制器的要求。不僅如此，機械設備種類變化快、規模大，也要求驅動器、控制器需要自動調試，不斷提高應用性。

以直線電機在機器人領域的應用為例，直線電機的加入，可以更好地提高傳統機器人的響應速度。此外，傳統的Delta機器人都是伺服來帶的，當加上直線電機驅動后，也可以大幅提高這類機器人的精度和速度。

不僅如此，LMS系統也是目前行業內的熱門領域，可以替代傳統的傳輸帶。其電機形式也比較新穎，采用定子運動、線圈固定的方式，而線圈會根據定子進行驅動，控制上就要求控制器、驅動器以及編碼器的一體性，對實時性和穩定性的要求更高。為此，更強大的驅動器和控制器已成為企業的剛需。

未來在易用性方面，我們需要自動調試、一鍵自整定，實現調試參數的最優化；在穩定性層面，驅動器產品要更加穩定可靠，特別是解決干擾和通信的問題；此外，對于第三方的支持也一定要廣泛，特別是連接傳感器、視覺等第三方核心工藝器件，都要讓客戶可以簡單地連接使用。

在控制層面，我們需要集成更高階、更豐富的算法，來實現各種應用、各種領域的更好設置和最佳性能。為應對許多用戶對即插即用的需求，簡單的接口和良好的用戶界面是一大法寶。同時，我們的機臺系統驅動器、控制器要可以像子系統一樣，嵌入到客戶的機臺中，逐漸縮小尺寸，簡化布線。

▲更強大的運動控制器

隨著未來工業的發展，工業4.0時代的驅動器、控制器要更加智能化，且要擁有更強大的數據分析、處理和云端的能力。對于高端應用，解決方案要聚焦在提高穩定性能和適應能力，在低端應用場合，則需要更注重易用性、即插即用和簡單直觀的用戶界面。

審核編輯：劉清