Effiziente Servosysteme in Robotern

In der Robotikbranche sind Servoantriebe ein alltägliches Thema.Mit dem beschleunigten Wandel von Industrie 4.0 wurde auch der Servoantrieb des Roboters modernisiert.Das aktuelle Robotersystem erfordert nicht nur, dass das Antriebssystem mehr Achsen steuert, sondern auch intelligentere Funktionen erreicht.

An jedem Knotenpunkt befindet sich ein mehrachsiger Industrieroboter, muss es Kräfte unterschiedlicher Größe in drei Dimensionen einsetzen, um Aufgaben wie die Handhabung von Sets zu erledigen. Die Motorenim Roboter sindSie sind in der Lage, variable Geschwindigkeiten und Drehmomente an präzisen Punkten bereitzustellen, und die Steuerung nutzt diese, um Bewegungen entlang verschiedener Achsen zu koordinieren und so eine präzise Positionierung zu ermöglichen.Nachdem der Roboter die Handhabungsaufgabe abgeschlossen hat, reduziert der Motor das Drehmoment und bringt den Roboterarm in seine Ausgangsposition zurück.

Bestehend aus leistungsstarker Steuersignalverarbeitung, präziser induktiver Rückmeldung, Netzteilen und intelligenter Steuerungmotorische Antriebe, dieses hocheffiziente ServosystemBietet eine hochentwickelte, nahezu verzögerungsfreie Reaktion, präzise Drehzahl- und Drehmomentregelung.

Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Servoschleifensteuerung – Steuersignalverarbeitung und induktive Rückmeldung

Die Grundlage für die Realisierung einer digitalen Hochgeschwindigkeits-Echtzeitsteuerung der Servoschleife ist untrennbar mit der Modernisierung des Herstellungsprozesses der Mikroelektronik verbunden.Am Beispiel des gängigsten dreiphasigen elektrisch betriebenen Robotermotors erzeugt ein dreiphasiger PWM-Wechselrichter hochfrequente gepulste Spannungswellenformen und gibt diese Wellenformen in unabhängigen Phasen an die dreiphasigen Wicklungen des Motors aus.Von den drei Leistungssignalen wirken sich Änderungen der Motorlast auf die Stromrückführung aus, die erfasst, digitalisiert und an den digitalen Prozessor gesendet wird.Der digitale Prozessor führt dann Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitungsalgorithmen aus, um die Ausgabe zu bestimmen.

Dabei ist nicht nur die hohe Leistung des digitalen Prozessors gefragt, sondern auch strenge Designanforderungen an die Stromversorgung.Schauen wir uns zunächst den Prozessorteil an. Die Rechengeschwindigkeit des Kerns muss mit der Geschwindigkeit automatisierter Upgrades Schritt halten, was kein Problem mehr darstellt.Einige BetriebskontrollchipsIntegrieren Sie A/D-Wandler, Multiplikatorzähler zur Positions-/Geschwindigkeitserkennung, PWM-Generatoren usw., die für die Motorsteuerung erforderlich sind, in den Prozessorkern, was die Abtastzeit des Servoregelkreises erheblich verkürzt und durch einen einzigen Chip realisiert wird. Es verfügt über eine automatische Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung, eine Gangsynchronisierungssteuerung und eine digitale Kompensationssteuerung von drei Schleifen für Position, Geschwindigkeit und Strom.

Steuerungsalgorithmen wie Geschwindigkeits-Feedforward, Beschleunigungs-Feedforward, Tiefpassfilterung und Durchhangfilterung sind ebenfalls auf einem einzigen Chip implementiert.Die Auswahl des Prozessors wird hier nicht wiederholt. In den vorherigen Artikeln wurden verschiedene Roboteranwendungen analysiert, sei es eine kostengünstige Anwendung oder eine Anwendung mit hohen Anforderungen an Programmierung und Algorithmen. Es gibt bereits viele Möglichkeiten auf dem Markt. Die Vorteile unterschiedlich.

Es werden nicht nur Stromrückmeldungen, sondern auch andere erfasste Daten an den Controller gesendet, um Änderungen der Systemspannung und -temperatur zu verfolgen. Hochauflösendes Feedback zur Strom- und Spannungserfassung war schon immer eine HerausforderungMotorsteuerung. Erkennen von Rückmeldungen aller Shunts/Hall-Sensoren/Magnetsensoren gleichzeitig sind zweifellos die besten, aber das stellt hohe Anforderungen an das Design und die Rechenleistung muss mithalten.

Gleichzeitig wird das Signal im Randbereich des Sensors digitalisiert, um Signalverluste und Störungen zu vermeiden. Mit zunehmender Abtastrate kommt es zu vielen Datenfehlern, die durch Signaldrift verursacht werden. Das Design muss diese Änderungen durch Induktion und Algorithmusanpassung kompensieren.Dadurch bleibt das Servosystem unter verschiedenen Bedingungen stabil.

Zuverlässiger und präziser Servoantrieb – Stromversorgung und intelligenter Motorantrieb

Netzteile mit ultraschnellen Schaltfunktionen mit stabiler, hochauflösender Steuerleistung, zuverlässiger und präziser Servosteuerung. Derzeit haben viele Hersteller integrierte Leistungsmodule aus Hochfrequenzmaterialien, die viel einfacher zu entwerfen sind.

Schaltnetzteile arbeiten in einer Controller-basierten Stromversorgungstopologie mit geschlossenem Regelkreis, und zwei häufig verwendete Leistungsschalter sind Leistungs-MOSFETs und IGBTs.Gate-Treiber sind in Systemen üblich, die Schaltnetzteile verwenden, die Spannung und Strom an den Gates dieser Schalter regeln, indem sie den EIN/AUS-Zustand steuern.

Bei der Entwicklung von Schaltnetzteilen und dreiphasigen Wechselrichtern tauchen in einem endlosen Strom verschiedene leistungsstarke Smart-Gate-Treiber, Treiber mit eingebauten FETs und Treiber mit integrierten Steuerfunktionen auf.Durch das integrierte Design des integrierten FET und der Stromabtastfunktion kann der Einsatz externer Komponenten erheblich reduziert werden. Die logische Konfiguration von PWM und Enable, oberen und unteren Transistoren und Hall-Signaleingang erhöht die Flexibilität des Designs erheblich, was nicht nur den Entwicklungsprozess vereinfacht, sondern auch die Leistungseffizienz verbessert.

Servotreiber-ICs maximieren außerdem den Integrationsgrad, und vollständig integrierte Servotreiber-ICs können die Entwicklungszeit für eine hervorragende dynamische Leistung von Servosystemen erheblich verkürzen.Durch die Integration von Vortreiber, Sensorik, Schutzschaltungen und Strombrücke in einem Paket werden der Gesamtstromverbrauch und die Systemkosten minimiert.Hier ist das vollständig integrierte Servotreiber-IC-Blockdiagramm von Trinamic (ADI) aufgeführt, alle Steuerfunktionen sind in Hardware implementiert, integrierter ADC, Positionssensorschnittstelle, Positionsinterpolator, voll funktionsfähig und für verschiedene Servoanwendungen geeignet.

 

Vollständig integrierter Servotreiber-IC, Trinamic (ADI)

Zusammenfassung

In einem hocheffizienten Servosystem sind eine leistungsstarke Steuersignalverarbeitung, eine präzise Induktionsrückführung, eine Stromversorgung und ein intelligenter Motorantrieb unverzichtbar. Durch die Zusammenarbeit von Hochleistungsgeräten kann der Roboter eine präzise Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung erhalten, die während der Bewegung in Echtzeit sofort reagiert.Die hohe Integration jedes Moduls sorgt nicht nur für eine höhere Leistung, sondern auch für geringere Kosten und eine höhere Arbeitseffizienz.