Servosistemes eficients en robots

A la indústria de la robòtica, els servoaccionaments són un tema habitual.Amb el canvi accelerat de la indústria 4.0, també s'ha millorat el servoaccionament del robot.El sistema de robot actual no només requereix que el sistema d'accionament controli més eixos, sinó que també aconsegueix funcions més intel·ligents.

A cada node en el funcionament d'un robot industrial multieix, ha d'utilitzar forces de diferents magnituds en tres dimensions per completar tasques com ara la manipulació del conjunt. Els motorsen robot sóncapaç de proporcionar velocitat i parell variables en punts precisos, i el controlador els utilitza per coordinar el moviment al llarg de diferents eixos, permetent un posicionament precís.Després que el robot completi la tasca de manipulació, el motor redueix el parell mentre torna el braç robòtic a la seva posició inicial.

Compost per processament de senyal de control d'alt rendiment, retroalimentació inductiva precisa, fonts d'alimentació i intel·ligentaccionaments de motor, aquest servosistema d'alta eficiènciaproporciona una resposta sofisticada gairebé instantània control de velocitat i parell precís.

Control de bucle de servo en temps real d'alta velocitat: processament de senyal de control i retroalimentació inductiva

La base per realitzar un control digital en temps real d'alta velocitat del bucle de servo és inseparable de l'actualització del procés de fabricació de microelectrònica.Prenent com a exemple el motor robot trifàsic accionat elèctricament més comú, un inversor trifàsic PWM genera formes d'ona de voltatge polsat d'alta freqüència i emet aquestes formes d'ona als bobinatges trifàsics del motor en fases independents.Dels tres senyals de potència, els canvis en la càrrega del motor afecten la retroalimentació actual que es detecta, es digitalitza i s'envia al processador digital.A continuació, el processador digital realitza algorismes de processament de senyal d'alta velocitat per determinar la sortida.

Aquí no només es requereix l'alt rendiment del processador digital, sinó que també hi ha requisits de disseny estrictes per a la font d'alimentació.Vegem primer la part del processador. La velocitat d'informàtica bàsica ha d'estar al dia amb el ritme de les actualitzacions automatitzades, cosa que ja no és un problema.Alguns xips de control de funcionamentintegrar convertidors A/D, comptadors multiplicadors de detecció de posició/velocitat, generadors PWM, etc. necessaris per al control del motor amb el nucli del processador, que redueix molt el temps de mostreig del bucle de control del servo i es realitza mitjançant un sol xip. Adopta un control automàtic d'acceleració i desacceleració, control de sincronització d'engranatges i control de compensació digital de tres bucles de posició, velocitat i corrent.

Els algorismes de control, com ara el feedforward de velocitat, el feedforward d'acceleració, el filtratge de pas baix i el filtratge de caiguda també s'implementen en un sol xip.La selecció del processador no es repetirà aquí. En els articles anteriors s'han analitzat diverses aplicacions de robots, tant si es tracta d'una aplicació de baix cost com d'una aplicació amb alts requisits de programació i algorismes. Ja hi ha moltes opcions al mercat. Els avantatges són diferents.

No només la retroalimentació actual, sinó també altres dades detectades s'envien al controlador per fer un seguiment dels canvis en la tensió i la temperatura del sistema. La retroalimentació de detecció de corrent i tensió d'alta resolució sempre ha estat un reptecontrol motor. Detecció de retroalimentació de totes les derivacions/sensors Hall/sensors magnètics al mateix temps és sens dubte el millor, però això és molt exigent pel que fa al disseny i la potència de càlcul ha de mantenir-se al dia.

Al mateix temps, per evitar la pèrdua i la interferència del senyal, el senyal es digitalitza prop de la vora del sensor. A mesura que augmenta la freqüència de mostreig, hi ha molts errors de dades causats per la deriva del senyal. El disseny ha de compensar aquests canvis mitjançant la inducció i l'ajust de l'algorisme.Això permet que el servosistema es mantingui estable en diverses condicions.

Servoaccionament fiable i precís: font d'alimentació i accionament de motor intel·ligent

Fonts d'alimentació amb funcions de commutació d'alta velocitat amb control estable d'alta resolució d'energia fiable i servocontrol precís. Actualment, molts fabricants han integrat mòduls de potència amb materials d'alta freqüència, que són molt més fàcils de dissenyar.

Les fonts d'alimentació en mode de commutació funcionen en una topologia d'alimentació de llaç tancat basada en controladors, i dos interruptors d'alimentació que s'utilitzen habitualment són els MOSFET de potència i els IGBT.Els controladors de portes són habituals en sistemes que utilitzen fonts d'alimentació en mode de commutació que regulen la tensió i el corrent a les portes d'aquests interruptors controlant l'estat ON/OFF.

En el disseny de fonts d'alimentació en mode de commutació i inversors trifàsics, sorgeixen diversos controladors de portes intel·ligents d'alt rendiment, controladors amb FET integrats i controladors amb funcions de control integrades en un flux sense fi.El disseny integrat del FET integrat i la funció de mostreig actual poden reduir considerablement l'ús de components externs. La configuració lògica de PWM i l'habilitació, els transistors superiors i inferiors i l'entrada del senyal Hall augmenta considerablement la flexibilitat del disseny, la qual cosa no només simplifica el procés de desenvolupament, sinó que també millora l'eficiència energètica.

Els circuits integrats de servocontroladors també maximitzen el nivell d'integració i els circuits integrats de servocontroladors totalment integrats poden escurçar molt el temps de desenvolupament per obtenir un excel·lent rendiment dinàmic dels servosistemes.La integració dels circuits de pre-conductor, detecció, protecció i pont d'alimentació en un sol paquet minimitza el consum global d'energia i el cost del sistema.Aquí s'enumeren el diagrama de blocs IC del servocontrolador totalment integrat de Trinamic (ADI), totes les funcions de control s'implementen en maquinari, ADC integrat, interfície de sensor de posició, interpolador de posició, totalment funcional i adequat per a diverses aplicacions de servo.

 

IC servocontrolador totalment integrat, Trinamic (ADI)

resum

En un servosistema d'alta eficiència, el processament del senyal de control d'alt rendiment, la retroalimentació precisa d'inducció, la font d'alimentació i la unitat de motor intel·ligent són indispensables. La cooperació de dispositius d'alt rendiment pot proporcionar al robot un control precís de velocitat i parell que respon instantàniament durant el moviment en temps real.A més d'un major rendiment, l'alta integració de cada mòdul també proporciona un menor cost i una major eficiència de treball.