Αποτελεσματικά σερβο συστήματα σε ρομπότ

Στη βιομηχανία της ρομποτικής, οι σερβομηχανές είναι ένα κοινό θέμα.Με την επιταχυνόμενη αλλαγή του Industry 4.0, αναβαθμίστηκε και ο σερβομηχανισμός του ρομπότ.Το τρέχον σύστημα ρομπότ όχι μόνο απαιτεί από το σύστημα κίνησης να ελέγχει περισσότερους άξονες, αλλά και να επιτυγχάνει πιο έξυπνες λειτουργίες.

Σε κάθε κόμβο στη λειτουργία ενός βιομηχανικού ρομπότ πολλαπλών αξόνων, πρέπει να χρησιμοποιεί δυνάμεις διαφορετικών μεγεθών σε τρεις διαστάσεις για να ολοκληρώσει εργασίες όπως ο χειρισμός σετ. Οι κινητήρεςσε ρομπότ είναιμπορεί να παρέχει μεταβλητή ταχύτητα και ροπή σε ακριβή σημεία και ο ελεγκτής τις χρησιμοποιεί για να συντονίζει την κίνηση κατά μήκος διαφορετικών αξόνων, επιτρέποντας την ακριβή τοποθέτηση.Αφού το ρομπότ ολοκληρώσει την εργασία χειρισμού, ο κινητήρας μειώνει τη ροπή ενώ επιστρέφει τον ρομποτικό βραχίονα στην αρχική του θέση.

Αποτελείται από επεξεργασία σήματος ελέγχου υψηλής απόδοσης, ακριβή επαγωγική ανάδραση, τροφοδοτικά και έξυπνοκινητήρες, αυτό το σερβο σύστημα υψηλής απόδοσηςπαρέχει εξελιγμένη σχεδόν στιγμιαία απόκριση ακριβή έλεγχο ταχύτητας και ροπής.

Έλεγχος σερβοβρόχου υψηλής ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο — έλεγχος επεξεργασίας σήματος και επαγωγικής ανάδρασης

Η βάση για την πραγματοποίηση ψηφιακού ελέγχου υψηλής ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο του σερβοβρόχου είναι αδιαχώριστη από την αναβάθμιση της διαδικασίας παραγωγής μικροηλεκτρονικών.Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον πιο συνηθισμένο τριφασικό ηλεκτροκινητήρα ρομπότ, ένας τριφασικός μετατροπέας PWM δημιουργεί κυματομορφές παλμικής τάσης υψηλής συχνότητας και εξάγει αυτές τις κυματομορφές στις τριφασικές περιελίξεις του κινητήρα σε ανεξάρτητες φάσεις.Από τα τρία σήματα ισχύος, οι αλλαγές στο φορτίο του κινητήρα επηρεάζουν την τρέχουσα ανάδραση που ανιχνεύεται, ψηφιοποιείται και αποστέλλεται στον ψηφιακό επεξεργαστή.Στη συνέχεια, ο ψηφιακός επεξεργαστής εκτελεί αλγόριθμους επεξεργασίας σήματος υψηλής ταχύτητας για να καθορίσει την έξοδο.

Εδώ δεν απαιτείται μόνο η υψηλή απόδοση του ψηφιακού επεξεργαστή, αλλά υπάρχουν και αυστηρές σχεδιαστικές απαιτήσεις για το τροφοδοτικό.Ας δούμε πρώτα το κομμάτι του επεξεργαστή. Η βασική υπολογιστική ταχύτητα πρέπει να συμβαδίζει με τον ρυθμό των αυτοματοποιημένων αναβαθμίσεων, κάτι που δεν αποτελεί πλέον πρόβλημα.Μερικά τσιπ ελέγχου λειτουργίαςενσωματώστε μετατροπείς A/D, μετρητές πολλαπλασιαστή ανίχνευσης θέσης/ταχύτητας, γεννήτριες PWM κ.λπ. που είναι απαραίτητες για τον έλεγχο του κινητήρα με τον πυρήνα του επεξεργαστή, ο οποίος μειώνει σημαντικά τον χρόνο δειγματοληψίας του βρόχου ελέγχου σερβομηχανισμού και πραγματοποιείται από ένα μόνο τσιπ. Υιοθετεί αυτόματο έλεγχο επιτάχυνσης και επιβράδυνσης, έλεγχο συγχρονισμού γραναζιών και ψηφιακό έλεγχο αντιστάθμισης τριών βρόχων θέσης, ταχύτητας και ρεύματος.

Αλγόριθμοι ελέγχου, όπως η ταχύτητα τροφοδοσίας, η επιτάχυνση προς τα εμπρός, το χαμηλοπερατό φιλτράρισμα και το φιλτράρισμα της πτώσης εφαρμόζονται επίσης σε ένα μόνο τσιπ.Η επιλογή του επεξεργαστή δεν θα επαναληφθεί εδώ. Στα προηγούμενα άρθρα έχουν αναλυθεί διάφορες εφαρμογές ρομπότ είτε πρόκειται για εφαρμογή χαμηλού κόστους είτε για εφαρμογή με υψηλές απαιτήσεις σε προγραμματισμό και αλγόριθμους. Υπάρχουν ήδη πολλές επιλογές στην αγορά. Τα πλεονεκτήματα είναι διαφορετικά.

Όχι μόνο η τρέχουσα ανάδραση, αλλά και άλλα δεδομένα ανίχνευσης αποστέλλονται επίσης στον ελεγκτή για την παρακολούθηση των αλλαγών στην τάση και τη θερμοκρασία του συστήματος. Η ανάδραση ανίχνευσης ρεύματος και τάσης υψηλής ανάλυσης ήταν πάντα μια πρόκλησηέλεγχος κινητήρα. Ανίχνευση ανατροφοδότησης από όλους τους αισθητήρες διακλαδώσεων/HallΟι μαγνητικοί αισθητήρες ταυτόχρονα είναι αναμφίβολα ο καλύτερος, αλλά αυτό είναι πολύ απαιτητικό για τη σχεδίαση και η υπολογιστική ισχύς πρέπει να συμβαδίζει.

Ταυτόχρονα, για την αποφυγή απώλειας σήματος και παρεμβολών, το σήμα ψηφιοποιείται κοντά στην άκρη του αισθητήρα. Καθώς ο ρυθμός δειγματοληψίας αυξάνεται, υπάρχουν πολλά σφάλματα δεδομένων που προκαλούνται από μετατόπιση σήματος. Ο σχεδιασμός πρέπει να αντισταθμίσει αυτές τις αλλαγές μέσω επαγωγής και προσαρμογής αλγορίθμου.Αυτό επιτρέπει στο σερβοσύστημα να παραμένει σταθερό κάτω από διάφορες συνθήκες.

Αξιόπιστη και ακριβής μονάδα σερβομηχανισμού—τροφοδοσία και έξυπνη κίνηση κινητήρα

Τροφοδοτικά με λειτουργίες μεταγωγής εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας με σταθερή ισχύ ελέγχου υψηλής ανάλυσης, αξιόπιστο και ακριβή έλεγχο σερβομηχανισμού. Επί του παρόντος, πολλοί κατασκευαστές διαθέτουν ενσωματωμένες μονάδες ισχύος που χρησιμοποιούν υλικά υψηλής συχνότητας, τα οποία είναι πολύ πιο εύκολο να σχεδιαστούν.

Τα τροφοδοτικά λειτουργίας διακόπτη λειτουργούν σε μια τοπολογία τροφοδοσίας κλειστού βρόχου που βασίζεται σε ελεγκτή και δύο συνήθως χρησιμοποιούμενοι διακόπτες ισχύος είναι τα MOSFET και τα IGBT.Τα προγράμματα οδήγησης πύλης είναι κοινά σε συστήματα που χρησιμοποιούν τροφοδοτικά λειτουργίας διακόπτη που ρυθμίζουν την τάση και το ρεύμα στις πύλες αυτών των διακοπτών ελέγχοντας την κατάσταση ON/OFF.

Στο σχεδιασμό των τροφοδοτικών λειτουργίας διακόπτη και των τριφασικών μετατροπέων, διάφορα προγράμματα οδήγησης smart gate υψηλής απόδοσης, προγράμματα οδήγησης με ενσωματωμένα FET και προγράμματα οδήγησης με ενσωματωμένες λειτουργίες ελέγχου εμφανίζονται σε μια ατελείωτη ροή.Ο ενσωματωμένος σχεδιασμός του ενσωματωμένου FET και η τρέχουσα λειτουργία δειγματοληψίας μπορεί να μειώσει σημαντικά τη χρήση εξωτερικών εξαρτημάτων. Η λογική διαμόρφωση του PWM και της ενεργοποίησης, των άνω και κάτω τρανζίστορ και της εισόδου σήματος Hall αυξάνει σημαντικά την ευελιξία του σχεδιασμού, η οποία όχι μόνο απλοποιεί τη διαδικασία ανάπτυξης, αλλά βελτιώνει και την απόδοση ισχύος.

Τα IC προγραμμάτων οδήγησης σερβομηχανισμού μεγιστοποιούν επίσης το επίπεδο ενσωμάτωσης και τα πλήρως ενσωματωμένα IC προγραμμάτων οδήγησης σερβομηχανισμού μπορούν να συντομεύσουν σημαντικά τον χρόνο ανάπτυξης για εξαιρετική δυναμική απόδοση των σερβο συστημάτων.Η ενσωμάτωση του προ-οδηγού, των κυκλωμάτων ανίχνευσης, της προστασίας και της γέφυρας ισχύος σε ένα πακέτο ελαχιστοποιεί τη συνολική κατανάλωση ενέργειας και το κόστος του συστήματος.Εδώ παρατίθεται το πλήρως ενσωματωμένο μπλοκ διάγραμμα IC του προγράμματος οδήγησης σερβομηχανισμού Trinamic (ADI), όλες οι λειτουργίες ελέγχου υλοποιούνται σε υλικό, ενσωματωμένο ADC, διεπαφή αισθητήρα θέσης, παρεμβολή θέσης, πλήρως λειτουργικό και κατάλληλο για διάφορες εφαρμογές σερβομηχανισμού.

 

Πλήρως ενσωματωμένο IC προγράμματος οδήγησης σερβομηχανισμού, Trinamic (ADI)

περίληψη

Σε ένα σύστημα σερβομηχανισμού υψηλής απόδοσης, η επεξεργασία σήματος ελέγχου υψηλής απόδοσης, η ακριβής επαγωγική ανάδραση, η τροφοδοσία ρεύματος και η έξυπνη κίνηση κινητήρα είναι απαραίτητα. Η συνεργασία συσκευών υψηλής απόδοσης μπορεί να προσφέρει στο ρομπότ ακριβή έλεγχο ταχύτητας και ροπής που ανταποκρίνεται ακαριαία κατά τη διάρκεια της κίνησης σε πραγματικό χρόνο.Εκτός από την υψηλότερη απόδοση, η υψηλή ενσωμάτωση κάθε ενότητας παρέχει επίσης χαμηλότερο κόστος και υψηλότερη απόδοση εργασίας.