Ефективни серво системи в роботи

В индустрията на роботиката серво задвижванията са често срещана тема.С ускорената промяна на Industry 4.0, серво задвижването на робота също е надградено.Настоящата роботна система не само изисква задвижващата система да контролира повече оси, но и да постига по-интелигентни функции.

Във всеки възел в работата на многоосов индустриален робот, той трябва да използва сили с различни величини в три измерения, за да изпълни задачи като работа с комплекти. Моторитев робот сав състояние да осигури променлива скорост и въртящ момент в точни точки, а контролерът ги използва, за да координира движението по различни оси, което позволява прецизно позициониране.След като роботът изпълни задачата за манипулиране, моторът намалява въртящия момент, докато връща роботизираната ръка в първоначалната й позиция.

Състои се от високоефективна обработка на управляващ сигнал, прецизна индуктивна обратна връзка, захранващи устройства и интелигентнимоторни задвижвания, тази високоефективна серво системаосигурява усъвършенствана почти мигновена реакция, прецизен контрол на скоростта и въртящия момент.

Високоскоростен серво контрол в реално време—обработка на управляващ сигнал и индуктивна обратна връзка

Основата за реализиране на високоскоростен цифров контрол в реално време на серво контур е неделима от надграждането на производствения процес на микроелектрониката.Вземайки за пример най-разпространения трифазен електродвигател-робот, трифазен инвертор с ШИМ генерира високочестотни импулсни вълни на напрежение и извежда тези вълни в трифазните намотки на двигателя в независими фази.От трите сигнала за мощност промените в натоварването на двигателя влияят на обратната връзка по тока, която се усеща, цифровизира и изпраща към цифровия процесор.След това цифровият процесор изпълнява високоскоростни алгоритми за обработка на сигнала, за да определи изхода.

Тук се изисква не само високата производителност на цифровия процесор, но и строги изисквания към дизайна на захранването.Нека първо разгледаме процесорната част. Скоростта на изчисленията на ядрото трябва да е в крак с темпото на автоматизираните надстройки, което вече не е проблем.Някои чипове за контрол на работатаинтегрирайте A/D преобразуватели, броячи на умножители за откриване на позиция/скорост, PWM генератори и т.н., необходими за управление на двигателя с процесорното ядро, което значително съкращава времето за вземане на проби от контура за серво управление и се реализира от един чип. Той приема автоматично управление на ускорението и забавянето, управление на синхронизирането на предавките и управление на цифрова компенсация на три контура на позиция, скорост и ток.

Алгоритми за управление, като пренасочване на скоростта, пренасочване на ускорението, нискочестотно филтриране и филтриране на провисване също се изпълняват на един чип.Тук няма да се повтаря изборът на процесор. В предишните статии бяха анализирани различни приложения на роботи, независимо дали става дума за евтино приложение или приложение с високи изисквания за програмиране и алгоритми. На пазара вече има много възможности за избор. Предимствата са различни.

Не само текущата обратна връзка, но и други усетени данни се изпращат към контролера за проследяване на промените в системното напрежение и температура. Обратната връзка за отчитане на ток и напрежение с висока разделителна способност винаги е била предизвикателствомоторно управление. Откриване на обратна връзка от всички шунтове/сензори на Хол/магнитните сензори в същото време несъмнено са най-добрите, но това е много взискателно към дизайна и изчислителната мощност трябва да бъде в крак.

В същото време, за да се избегне загуба на сигнал и смущения, сигналът се дигитализира близо до ръба на сензора. Тъй като честотата на дискретизация се увеличава, има много грешки в данните, причинени от отклонение на сигнала. Дизайнът трябва да компенсира тези промени чрез индукция и настройка на алгоритъма.Това позволява на серво системата да остане стабилна при различни условия.

Надеждно и прецизно серво задвижване—захранване и интелигентно моторно задвижване

Захранващи устройства с ултрависокоскоростни превключващи функции със стабилно управление с висока разделителна способност, надеждно и точно серво управление. Понастоящем много производители са интегрирали захранващи модули, използващи високочестотни материали, които са много по-лесни за проектиране.

Захранващите устройства в режим на превключване работят в топология на захранване със затворен контур, базирана на контролер, и два често използвани превключвателя на захранването са силовите MOSFET и IGBT.Шлюзовите драйвери са често срещани в системи, които използват превключващи захранвания, които регулират напрежението и тока на портите на тези ключове чрез контролиране на ВКЛ./ИЗКЛ.

При проектирането на захранващи устройства с превключващ режим и трифазни инвертори, различни високопроизводителни драйвери за интелигентни портове, драйвери с вградени FETs и драйвери с интегрирани контролни функции се появяват в безкраен поток.Интегрираният дизайн на вградения FET и функцията за текущо вземане на проби може значително да намали използването на външни компоненти. Логическата конфигурация на PWM и активиране, горни и долни транзистори и вход на сигнала на Хол значително увеличава гъвкавостта на дизайна, което не само опростява процеса на разработка, но също така подобрява енергийната ефективност.

ИС на серво драйвери също увеличават максимално нивото на интеграция, а напълно интегрираните ИС на серво драйвери могат значително да съкратят времето за разработка за отлична динамична производителност на серво системите.Интегрирането на преддрайвера, сензора, защитните вериги и захранващия мост в един пакет минимизира общата консумация на енергия и цената на системата.Тук е изброена блоковата диаграма на напълно интегрирания серво драйвер на Trinamic (ADI), всички контролни функции са реализирани в хардуер, интегриран ADC, интерфейс на сензор за позиция, интерполатор на позиция, напълно функционален и подходящ за различни серво приложения.

 

Напълно интегриран серво драйвер IC, Trinamic (ADI)

резюме

В една високоефективна сервосистема високоефективната обработка на управляващия сигнал, прецизната индукционна обратна връзка, захранването и интелигентното моторно задвижване са незаменими. Сътрудничеството на високопроизводителни устройства може да осигури на робота точен контрол на скоростта и въртящия момент, който реагира мигновено по време на движение в реално време.В допълнение към по-високата производителност, високата интеграция на всеки модул осигурява и по-ниски разходи и по-висока ефективност на работа.