运动控制权力科学

假设，预测，实验验证，理论。科学方法是科学的基础，重复性在于其核心。这是有道理的，这是自动化是大多数实验室基础设施的关键部分。虽然实验室可能不会出现工业环境的环境挑战 - 热，灰尘，污染，名称一些科学应用呈现自己的挑战。

第一个困难是缺乏一致性。实验室应用广泛地变化，从简单的挑选或同步类型任务到“大科学”的高性能操作，如粒子加速器。低端应用可以包括执行未同步或最小同步运动的少数轴。高端应用可能不仅需要几十个轴之间的紧密同步，而且需要与数据收集或视觉等辅助功能同步运动。例如，在欧洲核研究组织（CERN）组织中，128个单独的控制器调节维持粒子加速器中循环原子路径的准直器。

显然，原子物理所需的准确性和可重复性与光谱仪中光学器件所需的精度和重复性完全不同，但两者都是科学应用。在工业和OEM应用的情况下，供应商可能必须定制一系列应用，但规范往往更加类似。在产品中投资不可重复的工程工作时间也更加实用，然后可以以数千卷供应的产品。“如果您在谈论一个应用程序，试图提出自定义构建并不是很努力，”运动和机电一体化的产品经理Christian Fritz说国家文书（德克萨斯州奥斯汀）。“这就是为什么运动控制供应商提出支持定制的产品。”

Fritz点的一个趋势是使用FPGA来创建自定义运动控制器。该方法使供应商能够实现涵盖运动应用程序的标准用例的功能，同时为客户提供在高性能硬件组件上实现自定义控制算法的自由度。“关于FPGA的一个好事是重新配置它们的可能性，”他说。“客户不仅构建了一个唯一的系统，他们希望在他们提出新实验时重复使用现有硬件和软件。使用基于FPGA的系统，您可以通过将软件应用于它们来重新配置您的运动控制算法和I / O.他们为您提供了很多灵活性来重新配置它们，您可以根据需要升级它们。“

但是，有价格。“在这些类型的系统中，关键元素是软件，因此客户需要具有强大的软件开发工具来创建运动控制算法。负担在供应商上提出提供易用性和同样的工具对这些技术的时间灵活性和可扩展性。“

选择组件
在组件级别，应用程序的需求定义了使用的技术。步进电机经常在低端任务中满足需求。高端应用可能需要旋转伺服电机甚至线性伺服电机，经常具有复杂的光学反馈环。中级应用可能与拉丝直流电机很好。即使在这里，也有不同的思想学院。“对河道没有成本优势，”指出威廉格莱尔，总统和总经理国家光圈（Salem，New Hampshire），供应兼顾。“在我的经历中，伺服电机真的有很多扭矩和更多的力量。”选择伺服电机可以灵活地解决尚未开发的实验。

精度和可重复性的范围可以从毫米到纳米。压电定位器可以提供纳米级精度和分辨率，但行程有限。线性电机或旋转电机与滚珠丝杠增加，增加了行程距离，但也是错误的。在需要高分辨率长的行程的情况下，最好的方法可以是混合系统。一种解决方案可能是将长行程微定位器与200μm-行驶纳米定位器组合。

这可能会解决整体定位要求，但它确实存在控制挑战。有些更简单的替代方案可能是使用自动/手动混合动力。“生物化学家的许多次数希望在一个高动力显微镜下看一个标本，”格林尔说。“挑战一直是你可以编制舞台移动到某个点，但总有一个微调在那之后你想做的动作。“它们的解决方案是一种额外的可手动可调的编码器，允许用户在通过显微镜查看样品的同时进行细小调整。

并非所有科学应用都涉及作为显微镜幻灯片的灯光。在需要移动较重物体的情况下，可以使用变速箱来产生必要的扭矩。不过，有权衡。速度是一种，但添加传动装置也会影响系统性能。随时涉及变速箱，有可能的反弹。在某种程度上，访问的方式可以是帮助。“通常在他们想要相当快地移动然后从那里停止和调整的应用程序中，你几乎朝着相同的方向进入，所以大多数彻底都被取出，”格莱尔说。然而，为了最大限度地减少任何可能的效果，系统设计人员可以预加载变速箱，或使用所谓的零间隙设计。替代方案是抗全隙螺母的阻尼元件。在一个特征在一起的系统中，设计人员还可以通过软件，Grenier笔记弥补反刹。

对于最苛刻的应用程序，也许最好的解决方案是输出编码器。“通过电动机编码器，您没有完全了解您所在的位置，因为齿轮的错误，螺丝，反弹，”Newport Corp.的运动产品高级产品营销经理Beda Espinoza（Irvine，California）。“输出编码器基本上附加到舞台的移动部分。输出编码器确切地告诉您对象相对于轴的位置。”

并非所有科学应用都包括实验室或大科学实验。OEM从化学分析设备到光谱仪建立一切。毫不奇怪，他们为这项工作带来了自己的挑战。“更有可能的是，OEM将需要一些不同的东西，无论是更长的旅行还是更好的平坦，”埃斯特诺萨说。“这至少是更高的性能，最大的部分是将它打包，以适应其设备内的舞台，所以这是一个挑战，在一个包装中提供一切。“

这不够坚韧吗？
经常在干净的房间中进行科学应用，这提高了通常的颗粒问题。使用非颗粒编码，非排出洁净室润滑脂和Teflon涂层电缆的标准技术可以解决这些问题。

材料也可以是在温度波动面上确保性能的因素。似乎有点不直观，但即使在空调实验室也可以是一个问题。作为建筑物的升温和人员在白天来，温度可能真空5或10度。对于能够持续时间甚至几天的实验，重要的是确保定位保持准确。使用低膨胀外壳可以帮助解决这个问题。避免双金属夹具也有帮助。

“坚固性因素是对高端工业应用的需求，但如果我们谈论科学应用，坚固耐用性不仅意味着温度范围和震动和振动生存，而且还可靠，”Fritz说。实际上，坚固性始终是重要的，无论是在大学实验室，是否要使用十年或一个OEM建立一个具有五年保证的分析仪器的OEM。

科学应用可能无法提供产业解决方案的质量体积，但它们代表了一个坚实的利基市场，往往不太受到经济的变幻莫测的影响。供应商可以用它作为司机来生产更好的产品，通常在招募可能成为未来忠诚客户的学生用户。实验数据在：运动控制在科学中发挥着重要作用。