固高 | GSHD系列高性能伺服驱动器在切叠一体技术叠片工艺应用

中国新能源汽车行业发展迅猛，已经成为全球第一大新能源汽车生产国和消费国，在比亚迪、理想、小鹏等整车企业的拉动下，电池产能的需求也呈现爆发式增长。为了满足新能源车企对电池消费的需求，电池自动化生产设备的效率和精度日益提升，对其控制方案的速度和精度提出了极高要求。电池电芯的生产按照工艺流程可分为前段：搅拌，涂布，辊压；中段：分切，制片（模切），卷绕（叠片）；后段：电芯封装，注液，分容，检测等，工艺复杂，设备制造难度大。

电池中段电芯的装配工序主要采用叠片或卷绕两种工艺。叠片工艺首先将电池正负极片裁剪成规定尺寸大小，随后将正极极片、隔膜、负极极片形成一个电芯单体，将电芯单体叠放形成大电芯。相较于卷绕工艺，叠片具有能量密度更高，内部结构更稳定，安全性更高等优势。

本案例采用固高智能控制器搭载GSHD高性能伺服驱动器以及直线电机三动子的方式，将PLC与GSHD伺服驱动器相连，实现叠片设备高速率高精度的应用需求。

架构图

系统优势

1：固高采用DriverStudio自研软件平台，支持最小采样周期62.5us，并且同时支持16组数据在线采集，方便客户调试。

2：GSHD伺服驱动器具有良好的速度跟随性，能够在高速运动情况下，快速整定到位。

下图是本案例覆膜轴电机以加速度3g速度，2.3m/s运行到位曲线。指令到位之后整定在5个编码器脉冲以内，编码器分辨率为1um。

下图为本案例负极叠片电机以加速度4g，速度2.1m/s运行到位曲线。指令到位之后整定在10个编码器脉冲以内，编码器分辨率为1um。

本案例难点

三动子平台在高加速度和高速的运行过程中，三轴动子存在相互干扰，GSHD自带六组IIR滤波器，依靠FFT傅里叶分析工具，添加两组陷波频率，将到位误差整体压到10个编码器脉冲，达到客户需求。

对实际的控制系统而言，采集到的原始信号往往是有噪声的，而噪声会对系统的稳定性能产生隐患；同时为提取有用的控制信号，滤除不必要的频域成分，数字滤波技术必不可少，其中最常用的便是低通滤波(LPF)算法与带阻陷波算法。

低通滤波器（Low Pass Filter，LPF），顾名思义就是当输入信号的频率在LPF设定的频率（截止频率）以内时信号可以通过（无衰减），而当输入信号的频率超出设定频率时，则会产生衰减。LPF算法可滤除（filter-out）不需要的高频信号，从而保证系统有效的频率成分。陷波滤波器是一种专门设计用于消除或抑制特定频率的信号成分的滤波器。它具有一个特定的中心频率，并在该频率附近形成一个频率范围内的通带衰减区域。陷波滤波器将所选择的中心频率处的信号衰减到最小值，而其他频率则保持较高的透过度。

滤波器作为控制器校正过程中的一部分，在控制器中的应用最为广泛，它们用来消除噪声、减小混叠以及衰减谐频。控制系统中最常见的是低通滤波器，它们用来消除来自不同噪声源的噪声干扰信号，如电气互连、EMI以及反馈装置的固有噪声。但是当控制回路中存在机械谐振等模态时，则需要采用陷波滤波器以消除噪声影响，提高控制精度。

为了能够方便快捷地对陷波滤波器的作用频率、陷波宽度以及陷波深度进行调节，用户通过测量速度环控制器的输出信号，对电流曲线Icmd进行快速傅里叶变换，确定速度输出信号的谐振，即为陷波滤波器的陷波频率。陷波宽度和陷波深度应合理配置，过大的陷波宽度会增加系统的相位滞后，削弱相位裕度；过小的陷波深度会使相位延迟加大，增大系统震动。通过合理配置陷波器的参数，用户可以提高系统响应特性和稳定性，获得更好的机械控制性能。

陷波器参数设计

六级陷波器

陷波前

陷波后

样品展示

固高科技于1999年由香港科技大学的李泽湘、高秉强、吴宏三位机器人、微电子和运动控制领域的国际知名学者和专家所创办，是亚太地区首家拥有自主知识产权, 专业从事运动控制及智能制造核心技术研究与开发的高科技企业，是国内外全互联智能制造综合解决方案提供商之一。固高科技专注于运动控制、伺服驱动、多维感知、工业现场网络和工业软件五个方向的核心技术研究，通过深入的国内外合作、产学研相结合、积极培育系统集成商等创新的商业模式，将固高科技的运控技术及产品广泛应用于微电子、机器人、数控机床、电子加工、检测、印刷、包装及生产自动化等工业控制领域。

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