Servosistemi efficienti nei robot

Nel settore della robotica, i servoazionamenti sono un argomento comune.Con il cambiamento accelerato dell’Industria 4.0, anche il servoazionamento del robot è stato aggiornato.L’attuale sistema robotico non solo richiede al sistema di azionamento di controllare più assi, ma anche di realizzare funzioni più intelligenti.

Ad ogni nodo nel funzionamento di un robot industriale multiasse, deve utilizzare forze di diversa entità in tre dimensioni per completare compiti come la gestione dei set. I motorinel robot sonoin grado di fornire velocità e coppia variabili in punti precisi e il controller li utilizza per coordinare il movimento lungo diversi assi, consentendo un posizionamento preciso.Dopo che il robot ha completato l'attività di movimentazione, il motore riduce la coppia riportando il braccio robotico nella posizione iniziale.

Composto da elaborazione del segnale di controllo ad alte prestazioni, feedback induttivo preciso, alimentatori e intelligenzaazionamenti a motore, questo servosistema ad alta efficienzafornisce una risposta sofisticata quasi istantanea, un controllo preciso della velocità e della coppia.

Controllo del circuito servo in tempo reale ad alta velocità: elaborazione del segnale di controllo e feedback induttivo

La base per realizzare il controllo digitale in tempo reale ad alta velocità del servoanello è inseparabile dal miglioramento del processo di produzione microelettronica.Prendendo come esempio il più comune motore robotico trifase ad azionamento elettrico, un inverter trifase PWM genera forme d'onda di tensione pulsata ad alta frequenza e trasmette queste forme d'onda negli avvolgimenti trifase del motore in fasi indipendenti.Dei tre segnali di potenza, le variazioni del carico del motore influiscono sul feedback di corrente che viene rilevato, digitalizzato e inviato al processore digitale.Il processore digitale esegue quindi algoritmi di elaborazione del segnale ad alta velocità per determinare l'uscita.

Qui non è richiesta solo l'elevata prestazione del processore digitale, ma ci sono anche severi requisiti di progettazione per l'alimentatore.Diamo prima un'occhiata alla parte del processore. La velocità del core computing deve tenere il passo con il ritmo degli aggiornamenti automatizzati, il che non rappresenta più un problema.Alcuni chip di controllo delle operazioniintegra convertitori A/D, contatori moltiplicatori di rilevamento posizione/velocità, generatori PWM, ecc. necessari per il controllo del motore con il core del processore, che riduce notevolmente il tempo di campionamento del circuito di servocontrollo ed è realizzato da un singolo chip. Adotta il controllo automatico dell'accelerazione e della decelerazione, il controllo della sincronizzazione degli ingranaggi e il controllo della compensazione digitale di tre anelli di posizione, velocità e corrente.

Anche gli algoritmi di controllo come il feedforward della velocità, il feedforward dell'accelerazione, il filtro passa-basso e il filtro dell'abbassamento sono implementati su un singolo chip.La selezione del processore non verrà ripetuta qui. Negli articoli precedenti sono state analizzate varie applicazioni dei robot, sia che si tratti di un'applicazione a basso costo o di un'applicazione con elevati requisiti di programmazione e algoritmi. Ci sono già molte scelte sul mercato. I vantaggi diversi.

Al controller vengono inviati non solo il feedback di corrente, ma anche altri dati rilevati per tenere traccia dei cambiamenti nella tensione e nella temperatura del sistema. Il feedback di rilevamento di corrente e tensione ad alta risoluzione è sempre stato una sfidacontrollo motorio. Rilevamento del feedback da tutti gli shunt/sensori Hall/sensori magnetici allo stesso tempo è senza dubbio il migliore, ma questo è molto impegnativo in termini di progettazione e la potenza di calcolo deve tenere il passo.

Allo stesso tempo, per evitare perdite di segnale e interferenze, il segnale viene digitalizzato vicino al bordo del sensore. All'aumentare della frequenza di campionamento si verificano molti errori nei dati causati dalla deriva del segnale. Il progetto deve compensare questi cambiamenti attraverso l’induzione e la regolazione dell’algoritmo.Ciò consente al servosistema di rimanere stabile in varie condizioni.

Servoazionamento affidabile e preciso: alimentazione e azionamento intelligente del motore

Alimentatori con funzioni di commutazione ad altissima velocità con potenza di controllo stabile ad alta risoluzione, servocontrollo affidabile e preciso. Attualmente molti produttori hanno moduli di potenza integrati utilizzando materiali ad alta frequenza, che sono molto più facili da progettare.

Gli alimentatori a commutazione funzionano in una topologia di alimentazione a circuito chiuso basata su controller e due interruttori di alimentazione comunemente utilizzati sono i MOSFET di potenza e gli IGBT.I gate driver sono comuni nei sistemi che utilizzano alimentatori a commutazione che regolano la tensione e la corrente sui gate di questi interruttori controllando lo stato ON/OFF.

Nella progettazione di alimentatori a commutazione e inverter trifase, emergono in un flusso infinito vari driver per smart gate ad alte prestazioni, driver con FET integrati e driver con funzioni di controllo integrate.Il design integrato del FET integrato e della funzione di campionamento della corrente può ridurre notevolmente l'uso di componenti esterni. La configurazione logica di PWM e abilitazione, transistor superiore e inferiore e ingresso del segnale Hall aumenta notevolmente la flessibilità del design, che non solo semplifica il processo di sviluppo, ma migliora anche l'efficienza energetica.

I circuiti integrati per servoazionamenti massimizzano inoltre il livello di integrazione e i circuiti integrati per servoazionamenti completamente integrati possono ridurre notevolmente i tempi di sviluppo per ottenere eccellenti prestazioni dinamiche dei servosistemi.L'integrazione di pre-driver, rilevamento, circuiti di protezione e ponte di alimentazione in un unico pacchetto riduce al minimo il consumo energetico complessivo e i costi del sistema.Di seguito è riportato lo schema a blocchi del circuito integrato del servoazionamento completamente integrato di Trinamic (ADI), tutte le funzioni di controllo sono implementate nell'hardware, ADC integrato, interfaccia del sensore di posizione, interpolatore di posizione, completamente funzionale e adatto a varie applicazioni servo.

 

CI servoazionamento completamente integrato, Trinamic (ADI)

riepilogo

In un servosistema ad alta efficienza sono indispensabili l'elaborazione del segnale di controllo ad alte prestazioni, un feedback di induzione preciso, un'alimentazione elettrica e un azionamento intelligente del motore. La cooperazione di dispositivi ad alte prestazioni può fornire al robot un controllo accurato della velocità e della coppia che risponde istantaneamente durante il movimento in tempo reale.Oltre a prestazioni più elevate, l'elevata integrazione di ciascun modulo garantisce anche costi inferiori e maggiore efficienza lavorativa.