在位置控制中死讹，我們常說(shuō)開環(huán)或閉環(huán)控制。這到底是什么意思曲梗？每個(gè)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是什么赞警？這就是我們?cè)诒酒恼轮杏懻摰膬?nèi)容妓忍。
什么是開環(huán)與閉環(huán)
在位置控制中笤虫，我們常說(shuō)開環(huán)或閉環(huán)控制旁瘫。這到底是什么意思？每個(gè)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是什么琼蚯？這就是我們?cè)诒酒恼轮杏懻摰膬?nèi)容酬凳。
一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的開環(huán)控制意味著沒(méi)有運(yùn)動(dòng)物體的位置反饋遭庶。閉環(huán)控制是指在定位過(guò)程中有某種運(yùn)動(dòng)控制器將位置信息反饋給系統(tǒng)宁仔。雖然Xeryon 專注于壓電超聲馬達(dá)，但您在下面閱讀的原理適用于所有類型的定位系統(tǒng)峦睡，如直推電機(jī)翎苫、無(wú)刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。
大多數(shù)用于定位或移動(dòng)物體的系統(tǒng)旨在以可接受的精度（位置準(zhǔn)確性）到達(dá)所需位置。確保運(yùn)動(dòng)停止在所需位置的簡(jiǎn)單方法是產(chǎn)生物理停止。這可以是某種結(jié)束開關(guān)，甚至只是一個(gè)阻止運(yùn)動(dòng)的阻擋物體泳桦。如果您總是需要在相同的兩個(gè)位置之間移動(dòng)并且運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（電機(jī)）允許使用這種停止，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案肛冶。
但是想象一下览徒，你并不總是想到達(dá)同一個(gè)位置？在開環(huán)系統(tǒng)中漫雷，您無(wú)法確切知道自己的位置瓜富，因?yàn)闆](méi)有任何有關(guān)實(shí)際位置的信息。但是降盹，根據(jù)您使用的電機(jī)類型与柑，可以“計(jì)算”電機(jī)的使用情況，并假設(shè)每次“計(jì)數(shù)”它會(huì)移動(dòng)一定的距離蓄坏。例如价捧，在一個(gè)簡(jiǎn)單的直流電機(jī)中，可以計(jì)算電機(jī)使用的秒數(shù)涡戳，然后假設(shè)每秒進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)距離已知结蟋。如果將每秒行駛距離乘以經(jīng)過(guò)的時(shí)間，這將能夠估算行駛距離渔彰∏妒海或者在粘滑壓電電機(jī)中推正，可以計(jì)算壓電陶瓷或壓電堆振動(dòng)的次數(shù)。如果您知道一個(gè)周期大約有 1 納米的運(yùn)動(dòng)宝惰，那么可以通過(guò)計(jì)算振動(dòng)來(lái)了解自己的位置植榕。而XLA 微型促動(dòng)器，無(wú)需位置傳感器即可實(shí)現(xiàn) 3 μm 的精度尼夺。
開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格尊残。無(wú)需購(gòu)買任何位置編碼器（傳感器），而且控制器也更便宜淤堵。如果您正在尋找非常緊湊的解決方案夜郁，通常這也會(huì)節(jié)省一些空間。但缺點(diǎn)是位置是假設(shè)的粘勒。您可以向電機(jī)發(fā)出命令竞端，但并不真正知道它實(shí)際上正在移動(dòng)的情況。即使它在移動(dòng)庙睡，也無(wú)法確定行駛的距離是你假設(shè)的事富。想象一下，由于脈沖來(lái)得太快或負(fù)載太高乘陪，步進(jìn)電機(jī)打滑了一點(diǎn)统台，那假設(shè)的位置就是錯(cuò)誤的，你永遠(yuǎn)不會(huì)知道啡邑。
這就是閉環(huán)控制發(fā)揮作用的地方贱勃。在這種系統(tǒng)中，有一個(gè)位置傳感器谤逼，每秒多次將移動(dòng)物體的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)贵扰。當(dāng)物體接近所需位置時(shí)，控制器會(huì)控制減速流部。這種位置傳感器戚绕，也稱為位置編碼器，可以內(nèi)置在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中枝冀，例如 Xeryon XLS 線性平臺(tái)（內(nèi)部位置反饋）舞丛。但也有可能位置反饋來(lái)自設(shè)備外部設(shè)置的其他裝置，這些裝置將設(shè)備的實(shí)時(shí)位置反饋給控制器（外部位置反饋）果漾。想象一下球切，您正在使用沒(méi)有集成編碼器的旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)鏡子，但使用鏡子的系統(tǒng)可以檢測(cè)實(shí)際位置并將此位置信息發(fā)送到控制系統(tǒng)：在這種情況下绒障，正在運(yùn)動(dòng)物體由外部反饋位置吨凑，該系統(tǒng)沒(méi)有內(nèi)部位置編碼器，但在閉環(huán)控制中運(yùn)行端盆。
很多閉環(huán)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)都有一個(gè)集成的位置傳感器怀骤，可以連續(xù)反饋位置费封。這是如何運(yùn)作的？有兩種傳感器：增量傳感器和絕對(duì)傳感器蒋伦。讓我們從增量傳感器開始：它們需要一個(gè)“零點(diǎn)”（標(biāo)定點(diǎn)）弓摘，當(dāng)傳感器開始移動(dòng)時(shí)，他們開始計(jì)算經(jīng)過(guò)的細(xì)線痕届。它有點(diǎn)類似于你在高速公路上看到的計(jì)算公里數(shù)的路牌韧献。通常有許多物理線，但要獲得非常準(zhǔn)確的位置研叫，這通常是不夠的锤窑，因此需要使用特殊的電子設(shè)備，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在這些線之間插值以創(chuàng)建更多“虛擬”線嚷炉，從而獲得更高的分辨率渊啰。因此，基本上傳感器會(huì)計(jì)算運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)的線數(shù)申屹。當(dāng)您知道線之間的距離并且知道已經(jīng)通過(guò)了多少條線時(shí)绘证，您就知道您已經(jīng)走了多遠(yuǎn)。這些傳感器可以是光學(xué)的哗讥、電感的或磁性的嚷那。Xeryon 將光學(xué)傳感器用于高精度的載物臺(tái)，因?yàn)樗鼈兺菧?zhǔn)確的杆煞，并且將電感傳感器用于中等精度的載物臺(tái)魏宽。
有什么缺點(diǎn)？你需要一個(gè)零點(diǎn)决乎，然后從那里開始計(jì)數(shù)队询。因此，如果零點(diǎn)是錯(cuò)誤的瑞驱，那么位置就是錯(cuò)誤的娘摔。如果數(shù)錯(cuò)了一些行窄坦，位置也是錯(cuò)誤的唤反。想象一下，當(dāng)您關(guān)閉傳感器鸭津，然后移動(dòng)促動(dòng)器彤侍，然后再次打開傳感器時(shí)：這是增量傳感器無(wú)法檢測(cè)到的移動(dòng)。如果想 100% 確定位置逆趋，需要一個(gè)絕對(duì)傳感器盏阶。在這種傳感器中，每條位置線都有一個(gè)唯yi標(biāo)識(shí)符闻书，可以反饋與之關(guān)聯(lián)的確切位置名斟。問(wèn)題是這些編碼器要大得多脑慧，因此Xeryon 生產(chǎn)的平臺(tái)和微促動(dòng)器沒(méi)有采用它們。此外砰盐，這些編碼器非常昂貴闷袒。只在一些非常特殊的設(shè)備中能找到它們，但通常不會(huì)在精密平臺(tái)和促動(dòng)器中找到它們岩梳。
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