I controllori piezo digitali presentano diversi vantaggi rispetto ai servocontrollori analogici, in particolare per applicazioni di posizionamento ad alta precisione: Linearità e il comportamento di assestamento possono essere specificatamente influenzati dagli algoritmi digitali. Ne deriva una elevata precisione e una migliore performance dinamica.
Linearizzazione del Sistema Meccanico
Uno dei criteri per l'accuratezza di posizionamento è la linearità dell'intero sistema. Gli attuatori piezo generalmente mostrano una non-linearità dal 10 al 15 % che deve essere compensata dal loop di controllo.
I controllori digitali usano polinomi di ordine superiore per ridurre la non-linearità del movimento a valori inferiori allo 0.001 % che, per una tipica corsa di 100 µm, corrisponde ad una accuratezza i un nanometro o superiore.
Linearizzazione delle Elettroniche
Tutti i controllori digitali PI per nanoposizionamento funzionano nello stesso modo. Questo permette a ciascun dispositivo piezo calibrato con un controllore digitale, di essere utilizzato con altri controllori senza avere perdite di prestazioni. I dati di paragone richiesti sono immagazzinati su un chip ID nello stage e vengono richiamati dal controller prima dello start-up.
Linearizzazione Dinamica Digitale
In aggiunta, la Linearizzazione Dinamica Digitale (DDL) riduce la deviazione delle traiettorie periodiche ripetute durante il movimento.
Questo è moto importante per le applicazioni di scansione, nelle quali una posizione specifica deve essere identificata e successivamente raggiunta con una elevate precisione, o per applicazioni nelle quali una traiettoria deve essere seguita per le fasi di lavorazione.
Controllori e Tecniche Servo
Il compito di un servo loop è di correggere le deviazioni tra la posizione reale e quella di target. Generalmente, questo avviene con controllori proporzionali e integrali dotati di filtri di notch. In ogni caso, altre tecniche di controllo possono dare risultati migliori in combinazione con gli algoritmi di linearizzazione, in base all'applicazione. I filtri digitali evitano eccitazioni meccaniche indesiderate, sopprimono il rumore e di conseguenza aumentano la risoluzione del sistema.
Controllo dello Stato dello Spazio
Per i sistemi di nanoposizionamento viene offerto un concetto di controllo alternativo: Controllo Piezo Avanzato. Questo si basa su un controllore dello stato dello spazio, che a sua volta, si basa su un modello del sistema di posizionamento. Il Controllo Piezo Avanzato abbatte attivamente la frequenza di risonanza, a differenza dei tradizionali controllori proporzionali, integrali e differenziali (PID) con filtro notch, nei quali la risonanza meccanica è tagliata fuori dallo spettro di eccitazione. Ne risulta un settling time più veloce ed una minore sensibilità a interferenze esterne. La fedeltà della fase viene notevolmente migliorata rispetto allo smorzamento con uno o anche due filtri notch. Questo produce effetti diretti sulla fedeltà della traiettoria e sul comportamento di assestamento.
Se il sistema meccanico ha troppe risonanze vicine tra loro, o se la frequenza di risonanza da smorzare è di 1 kHz o più, allora, in questo caso, il controllore di stato non ha più alcun vantaggio rispetto ai controllori PID tradizionali. Discuti la tua applicazione con noi.
Plug-and-Play: Chip ID
Il chip ID contiene i dati relativi allo stage e pertanto permette una rapida configurazione nel controllore che supporta il chip ID. In base al tipo di dispositivo, i dati letti variano in base al tipo di stage e ai singoli parametri di funzionamento. In caso di sistemi di posizionamento basati su tecnologia piezo, i migliori risultati vengono ottenuti per mezzo di confronto individuale dei vari parametri di funzionamento. Questo dipende dal singolo stage.
Se le elettroniche digitali vengono calibrate una volta, questi parametri vengono salvati nel chip ID dello stage. Questi sono quindi automaticamente disponibili nuovamente per operare con differenti controllori digitali, senza necessità di nuovi adeguamenti. Questa interscambiabilità tra stage e controller è un notevole passo avanti per una maggiore flessibilità nell'utilizzo dei sistemi.
Praticità di Funzionamento dei Controllori Digitali
La potenza di calcolo e la dimensione della memoria, che vanno di pari passo coi controllori digitali, consentono di implementare utili funzioni aggiuntive.
- Il software accede a tutti i parametri di movimento e la visualizzazione grafica dei risultati
- Trasformazione delle coordinate per cinematica parallela per un semplice controllo con le coordinate Cartesiane
- Memoria macro per memorizzare e recuperare i movimenti che possono essere triggerati esternamente
- Generatore di funzioni e memoria a forma d'onda per il recupero delle traiettorie predefinite e la generazione di forme d'onda personalizzate
- I registratori di dati registrano i dati del sensore e del controllo per un successivo processamento
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