时间：2024/09/20
在晶圆检测、激光微加工、3D测量、数字打印等领域，对平面运动要求会比较高：像大跨度，大负载，运动平滑，轴间耦合小等。因此对运动控制一般都要求能快速响应和整定、误差小、精度高。
在这些场合，传统的十字架式的XY平台很难满足要求，因此必须使用到龙门结构，如图所示，一个龙门需要由两个电机和机械结构组成，X1 axis 和X2 axis共同完成X轴方向的运动。
龙门结构示意图
01
单反馈-单电机
只在其中一边有电机提供动力，另一边则由导轨支撑，通过机械应力来运动。
优势：比较经济。
劣势：控制性能差，容易对机械造成损伤。
龙门结构-单反馈-单电机
02
单反馈-多电机
相当于把两个电机并联，一组信号同时控制两个电机。
优势：推力可以耦合至龙门轴中心，减少机械刚性较弱的影响。
劣势：对机械安装和电机一致性要求非常高，很容易因此导致控制问题差。反馈的中心和龙门轴中心并不共线，导致控制性能不足，限制最终控制精度级别。
龙门结构-单反馈-多电机
03
主从控制
通过控制器来协同两个驱动器同步运动。
优势：在低速场合效果比较好，工程实施性价比较高。
劣势：在高速运动场合同步性能会变差，轴间耦合影响较大，不适合高动态龙门控制。
图：龙门结构-主从控制
04
交叉解耦算法
在驱动器层面进行龙门的交叉解耦控制，进行龙门双轴电机、耦合后反馈的自动控制，有龙门轴控制刚性的独立PID参数。甚至可以进行偏摆角的动态控制。
优势：可以更大程度提高控制性能。可以解决龙门机械耦合的问题。控制器层面开发简单，易操作。
劣势：需要较大的运算量，对控制器和驱动器要求较高。
龙门结构-交叉解耦
龙门算法是交叉解耦算法中的一种。
把龙门看作是多输入多输出（MIMO）系统，前进方向轴和扭摆轴两个控制对象来控制而不是两个电机，这样可以实现耦合后两轴单独控制，减少机械耦合的影响。
龙门模式-交叉解耦
接线
选好龙门对应的轴，接上电机，编码器线。确保两路编码器的计数方向一致。
图：龙门调试思维导图
调试
龙门算法开启后，龙门的调试与单轴调试方法大致相同，只是AXIS1代表龙门垂直方向GANTRY AXIS轴，（虽然两个电机在运动，但系统把它看作一个轴）AXIS2代表YAW AXIS扭摆轴 。（扭摆也是通过两个电机运动来实现，但系统把它看作一个轴）
图：非龙门模式与龙门模式对比
电流设置
GANTRY AXIS负责出力，带动负载运动，需要设置较大的电流；YAW AXIS负责调整姿态，只需设置较小的电流。
位置反馈
龙门模式的轴位置反馈与实际电机位置并不相同，由于机械制造偏差的存在，龙门与导轨之间不一定完全垂直，FPOS(axis1)=0并不一定是最理想的位置。相反，有一定的倾斜反而有利于减少摩擦。因此在龙门调试时有必要对最佳倾斜角进行测量。
电机使能
龙门需要两个电机共同运动来实现，当只使能某一个轴时，实际上两个电机都会上使能；掉使能某一个轴，两个电机都会掉使能。
横梁轴负载较大
需要在负载在不同位置时多做几组动态参数分析，以保证在各种情况下系统都能保持高运动性能。
01
龙门模式PEG
Position Event Generator(PEG)位置事件触发器能在精确的反馈位置触发脉冲（PEG Pulse），可用于触发外部设备，如相机、激光器等。
通过将实际编码器位置与一组预定义值进行比较，在驱动器硬件底层生成 PEG Pulse。由于龙门模式下两个轴的计算位置与电机反馈的位置是不一样的，因此在使用PEG功能时也需要经过换算，才能正确触发PEG信号。
02
龙门模式动态补偿
龙门的两个轴都可以进行补偿，龙门轴GANTRY AXIS的补偿用于提高精度。扭摆轴YAW AXIS的补偿在刚性龙门中可以减少摩擦和电流过充，提高动态性能。在柔性龙门中用于提高精度，同时提高了龙门轴的YAW机械指标。
