Efikasni servo sistemi u robotima

U industriji robotike, servo pogoni su uobičajena tema.Uz ubrzanu promjenu industrije 4.0, servo pogon robota je također nadograđen.Trenutni robotski sistem ne samo da zahteva od pogonskog sistema da kontroliše više osovina, već i da postigne inteligentnije funkcije.

Na svakom čvoru u radu višeosni industrijski robot, mora koristiti sile različitih veličina u tri dimenzije da bi izvršio zadatke kao što je rukovanje skupovima. Motoriu robotu sumože pružiti promjenjivu brzinu i obrtni moment u preciznim točkama, a kontroler ih koristi za koordinaciju kretanja duž različitih osa, omogućavajući precizno pozicioniranje.Nakon što robot završi zadatak rukovanja, motor smanjuje obrtni moment dok robotsku ruku vraća u početni položaj.

Sastoji se od obrade kontrolnog signala visokih performansi, precizne induktivne povratne informacije, napajanja i inteligentnogmotorni pogoni, ovaj visokoefikasni servo sistempruža sofisticiranu skoro trenutnu reakciju, preciznu kontrolu brzine i obrtnog momenta.

Brza kontrola servo petlje u realnom vremenu—obrada kontrolnog signala i induktivna povratna informacija

Osnova za realizaciju brze digitalne kontrole servo petlje u realnom vremenu je neodvojiva od nadogradnje procesa proizvodnje mikroelektronike.Uzimajući za primjer najčešći trofazni električni motor robota, PWM trofazni inverter generiše visokofrekventne impulsne naponske valne oblike i emituje te valne oblike u trofazne namote motora u nezavisnim fazama.Od tri signala snage, promjene u opterećenju motora utječu na trenutnu povratnu informaciju koja se osjeti, digitalizira i šalje digitalnom procesoru.Digitalni procesor zatim izvodi algoritme za obradu signala velike brzine kako bi odredio izlaz.

Ovdje se ne zahtijevaju samo visoke performanse digitalnog procesora, već postoje i strogi zahtjevi dizajna za napajanje.Pogledajmo prvo procesorski dio. Brzina jezgra računara mora držati korak s tempom automatiziranih nadogradnji, što više nije problem.Neki čipovi za kontrolu radaintegrisati A/D pretvarače, brojače množenja položaja/brzine, PWM generatore, itd. neophodne za upravljanje motorom sa jezgrom procesora, što u velikoj meri skraćuje vreme uzorkovanja servo upravljačke petlje i realizuje se jednim čipom. On usvaja automatsku kontrolu ubrzanja i usporavanja, kontrolu sinhronizacije stepena prenosa i digitalnu kontrolu kompenzacije tri petlje položaja, brzine i struje.

Upravljački algoritmi kao što su brzina prijenosa naprijed, ubrzanje naprijed, niskopropusno filtriranje i sag filtriranje su također implementirani na jednom čipu.Izbor procesora se ovdje neće ponavljati. U prethodnim člancima analizirane su različite robotske aplikacije, bilo da se radi o niskobudžetnoj aplikaciji ili aplikaciji sa visokim zahtjevima za programiranje i algoritme. Već postoji mnogo izbora na tržištu. Prednosti različite.

Ne samo povratna informacija o struji, već i drugi senzorni podaci se također šalju kontroleru kako bi pratili promjene napona i temperature sistema. Povratna informacija o struji i naponu visoke rezolucije uvijek je bila izazovkontrola motora. Detekcija povratnih informacija od svih šantova/Hall senzora/magnetski senzori su u isto vrijeme nesumnjivo najbolji, ali ovo je vrlo zahtjevno za dizajn, a računska snaga treba da ide u korak.

Istovremeno, kako bi se izbjegao gubitak signala i smetnje, signal se digitalizira blizu ruba senzora. Kako se stopa uzorkovanja povećava, postoje mnoge greške u podacima uzrokovane pomakom signala. Dizajn treba da kompenzira ove promjene kroz indukciju i prilagođavanje algoritma.Ovo omogućava da servo sistem ostane stabilan u različitim uslovima.

Pouzdan i precizan servo pogon—napajanje i inteligentni motorni pogon

Napajanja sa ultra-velikim funkcijama prebacivanja sa stabilnom kontrolom visoke rezolucije, pouzdana i precizna servo kontrola. Trenutno mnogi proizvođači imaju integrirane module napajanja koji koriste visokofrekventne materijale, koje je mnogo lakše dizajnirati.

Napajanja sa prekidačkim režimom rada rade u topologiji napajanja zatvorene petlje zasnovanoj na kontroleru, a dva najčešće korišćena prekidača napajanja su MOSFET-ovi i IGBT-ovi.Drajveri za kapije su uobičajeni u sistemima koji koriste napajanje prekidača koji regulišu napon i struju na gejtovima ovih prekidača kontrolišući stanje ON/OFF.

U dizajnu prekidača napajanja i trofaznih pretvarača, različiti drajveri pametnih kapija visokih performansi, drajveri sa ugrađenim FET-ovima i drajveri sa integrisanim kontrolnim funkcijama pojavljuju se u beskrajnom toku.Integrirani dizajn ugrađenog FET-a i funkcije uzorkovanja struje može uvelike smanjiti upotrebu vanjskih komponenti. Logička konfiguracija PWM-a i omogućavanja, gornji i donji tranzistori, te Hallov signalni ulaz uvelike povećavaju fleksibilnost dizajna, što ne samo da pojednostavljuje proces razvoja, već i poboljšava energetsku efikasnost.

IC-ovi servo drajvera takođe maksimiziraju nivo integracije, a potpuno integrisani IC-ovi servo drajvera mogu znatno skratiti vreme razvoja za odlične dinamičke performanse servo sistema.Integracija pred-pokretača, senzora, zaštitnih kola i energetskog mosta u jedan paket minimizira ukupnu potrošnju energije i troškove sistema.Ovdje je naveden Trinamic (ADI) potpuno integrirani IC blok dijagram servo drajvera, sve kontrolne funkcije su implementirane u hardveru, integrirani ADC, sučelje senzora položaja, interpolator položaja, potpuno funkcionalan i pogodan za različite servo aplikacije.

 

Potpuno integrisani servo drajver IC, Trinamic (ADI)

sažetak

U visokoefikasnom servo sistemu neophodna je obrada kontrolnog signala visokih performansi, precizna indukciona povratna sprega, napajanje i inteligentni motorni pogon. Saradnja uređaja visokih performansi može osigurati robotu preciznu kontrolu brzine i momenta koja reagira trenutno tijekom kretanja u realnom vremenu.Pored većih performansi, visoka integracija svakog modula takođe obezbeđuje niže troškove i veću radnu efikasnost.