Efektivní servosystémy v robotech

V robotickém průmyslu jsou servopohony běžným tématem.S urychlenou změnou Průmyslu 4.0 byl upgradován také servopohon robota.Současný robotický systém vyžaduje nejen od pohonného systému ovládání více os, ale také pro dosažení inteligentnějších funkcí.

V každém uzlu v provozu víceosý průmyslový robot, musí používat síly různých velikostí ve třech rozměrech k dokončení úkolů, jako je manipulace se sadou. Motoryv robotu jsouschopné poskytovat proměnnou rychlost a točivý moment v přesných bodech a řídicí jednotka je používá ke koordinaci pohybu podél různých os, což umožňuje přesné polohování.Poté, co robot dokončí manipulační úlohu, motor sníží točivý moment a vrátí robotické rameno do výchozí polohy.

Skládá se z vysoce výkonného zpracování řídicích signálů, přesné indukční zpětné vazby, napájecích zdrojů a inteligentnímotorové pohony, tento vysoce účinný servosystémposkytuje sofistikovanou téměř okamžitou odezvu a přesné řízení rychlosti a točivého momentu.

Vysokorychlostní řízení servo smyčky v reálném čase – zpracování řídicího signálu a indukční zpětná vazba

Základ pro realizaci vysokorychlostního digitálního řízení servosmyčky v reálném čase je neoddělitelný od modernizace výrobního procesu mikroelektroniky.Vezmeme-li jako příklad nejběžnější třífázový elektricky ovládaný motor robota, třífázový invertor PWM generuje vysokofrekvenční pulzní napěťové průběhy a odesílá tyto průběhy do třífázových vinutí motoru v nezávislých fázích.Ze tří výkonových signálů ovlivňují změny zatížení motoru proudovou zpětnou vazbu, která je snímána, digitalizována a odeslána do digitálního procesoru.Digitální procesor pak provádí vysokorychlostní algoritmy zpracování signálu pro určení výstupu.

Zde je vyžadován nejen vysoký výkon digitálního procesoru, ale jsou zde kladeny i přísné konstrukční požadavky na napájecí zdroj.Nejprve se podíváme na procesorovou část. Základní výpočetní rychlost musí držet krok s tempem automatizovaných upgradů, což již není problém.Některé čipy pro řízení provozuintegrovat A/D převodníky, čítače násobičů detekce polohy/rychlosti, PWM generátory atd. nezbytné pro řízení motoru s jádrem procesoru, což výrazně zkracuje dobu vzorkování regulační smyčky serva a je realizováno jediným čipem. Přijímá automatické řízení zrychlení a zpomalení, řízení synchronizace převodů a digitální kompenzační řízení tří smyček polohy, rychlosti a proudu.

Řídicí algoritmy, jako je rychlostní dopředná, akcelerační dopředná, dolní propust a filtrace průhybu, jsou také implementovány na jediném čipu.Výběr procesoru se zde nebude opakovat. V předchozích článcích byly rozebrány různé aplikace robotů, ať už se jedná o nízkonákladovou aplikaci nebo aplikaci s vysokými nároky na programování a algoritmy. Na trhu je již mnoho možností. Výhody různé.

Nejen aktuální zpětná vazba, ale i další snímaná data se také zasílají do řídicí jednotky pro sledování změn napětí a teploty systému. Zpětná vazba snímání proudu a napětí s vysokým rozlišením byla vždy výzvouovládání motoru. Detekce zpětné vazby ze všech bočníků/Hallových senzorů/magnetické snímače zároveň je bezesporu nejlepší, ale je to velmi náročné na konstrukci a výpočetní výkon musí držet krok.

Současně, aby nedocházelo ke ztrátě signálu a rušení, je signál digitalizován blízko okraje snímače. Jak se vzorkovací frekvence zvyšuje, dochází k mnoha chybám dat způsobeným driftem signálu. Návrh musí tyto změny kompenzovat pomocí indukce a úpravy algoritmu.To umožňuje servosystému zůstat stabilní za různých podmínek.

Spolehlivý a přesný servopohon – napájení a inteligentní motorový pohon

Napájecí zdroje s ultra-vysokorychlostními spínacími funkcemi se stabilním řízením s vysokým rozlišením, spolehlivým a přesným řízením serva. V současné době má mnoho výrobců integrované výkonové moduly využívající vysokofrekvenční materiály, které jsou mnohem jednodušší na konstrukci.

Spínané napájecí zdroje pracují v topologii napájecího zdroje s uzavřenou smyčkou na bázi regulátoru a dva běžně používané napájecí spínače jsou výkonové MOSFETy a IGBT.Ovladače brány jsou běžné v systémech, které využívají spínané napájecí zdroje, které regulují napětí a proud na hradlech těchto spínačů řízením stavu ON/OFF.

Při návrhu spínaných napájecích zdrojů a třífázových měničů se v nekonečném proudu objevují různé vysoce výkonné ovladače inteligentních bran, ovladače s vestavěnými FET a ovladače s integrovanými řídicími funkcemi.Integrovaný design vestavěného FET a funkce vzorkování proudu může výrazně snížit použití externích komponent. Logická konfigurace PWM a aktivace, horní a dolní tranzistory a vstup Hallova signálu výrazně zvyšuje flexibilitu návrhu, což nejen zjednodušuje proces vývoje, ale také zlepšuje energetickou účinnost.

Integrované obvody servomotorů také maximalizují úroveň integrace a plně integrované integrované obvody servomotorů mohou výrazně zkrátit dobu vývoje pro vynikající dynamický výkon servosystémů.Integrace předřazeného ovladače, snímacích, ochranných obvodů a napájecího můstku do jednoho balíčku minimalizuje celkovou spotřebu energie a náklady na systém.Zde je uvedeno blokové schéma plně integrovaného IC servo driveru Trinamic (ADI), všechny řídicí funkce jsou implementovány v hardwaru, integrované ADC, rozhraní snímače polohy, interpolátor polohy, plně funkční a vhodné pro různé servo aplikace.

 

Plně integrovaný servo ovladač IC, Trinamic (ADI)

shrnutí

U vysoce účinného servosystému je nepostradatelné vysoce výkonné zpracování řídicího signálu, přesná indukční zpětná vazba, napájení a inteligentní motorový pohon. Spolupráce vysoce výkonných zařízení může poskytnout robotu přesné řízení rychlosti a točivého momentu, které okamžitě reaguje během pohybu v reálném čase.Kromě vyššího výkonu poskytuje vysoká integrace každého modulu také nižší náklady a vyšší efektivitu práce.