ロボットの効率的なサーボ システム

ロボット業界では、サーボドライブはよくある話題です。インダストリー4.0の加速する変化に伴い、ロボットのサーボドライブもアップグレードされました。現在のロボット システムでは、駆動システムがより多くの軸を制御するだけでなく、よりインテリジェントな機能を実現する必要もあります。

産業用多軸ロボットの動作における各ノードで、セットの処理などのタスクを完了するには、3 次元で異なる大きさの力を使用する必要があります。モーターロボットの中には正確な点で可変速度とトルクを提供でき、コントローラーはそれらを使用してさまざまな軸に沿った動きを調整し、正確な位置決めを可能にします。ロボットがハンドリングタスクを完了すると、モーターはトルクを減少させながらロボットアームを初期位置に戻します。

高性能制御信号処理、正確な誘導フィードバック、電源、インテリジェントな機能で構成されています。モータードライブ、この高効率サーボシステム洗練されたほぼ瞬時の応答で正確な速度とトルク制御を実現します。

高速リアルタイムサーボループ制御 - 制御信号処理と誘導フィードバック

サーボループの高速デジタルリアルタイム制御を実現する基盤は、マイクロエレクトロニクス製造プロセスの高度化と切り離すことができません。最も一般的な三相電動ロボットモーターを例にとると、PWM 三相インバーターは高周波パルス電圧波形を生成し、これらの波形をモーターの三相巻線に独立した相で出力します。3 つの電力信号のうち、モーター負荷の変化は、感知されてデジタル化され、デジタル プロセッサーに送信される電流フィードバックに影響を与えます。次に、デジタル プロセッサが高速信号処理アルゴリズムを実行して出力を決定します。

ここではデジタルプロセッサーの高性能だけでなく、電源の設計要件も厳しくなります。まずプロセッサ部分を見てみましょう。コアのコンピューティング速度は自動アップグレードのペースに追いつく必要がありますが、これはもはや問題ではありません。一部の動作制御チップモータ制御に必要なA/Dコンバータ、位置・速度検出逓倍カウンタ、PWMジェネレータなどをプロセッサコアに集積し、サーボ制御ループのサンプリング時間を大幅に短縮し、1チップで実現します。自動加減速制御、ギア同期制御、位置・速度・電流の3ループのデジタル補償制御を採用しています。

速度フィードフォワード、加速度フィードフォワード、ローパスフィルタリング、サグフィルタリングなどの制御アルゴリズムもシングルチップ上に実装されています。プロセッサの選択についてはここでは繰り返しません。これまでの記事では、低コストのアプリケーションであっても、プログラミングやアルゴリズムに高度な要件が必要なアプリケーションであっても、さまざまなロボット アプリケーションを分析してきました。市場にはすでに多くの選択肢があります。利点が異なります。

電流フィードバックだけでなく、その他の検知データもコントローラーに送信され、システム電圧と温度の変化を追跡します。高分解能の電流および電圧検出フィードバックは、常に課題でした。モーター制御。すべてのシャント/ホールセンサーからのフィードバックを検出/磁気センサーを同時に使用するのが最高であることは間違いありませんが、これは設計に非常に要求が厳しく、コンピューティング能力を維持する必要があります。

同時に、信号損失と干渉を避けるために、信号はセンサーの端近くでデジタル化されます。サンプリング レートが増加すると、信号ドリフトによるデータ エラーが多くなります。設計では、誘導とアルゴリズムの調整を通じてこれらの変化を補償する必要があります。これにより、サーボシステムはさまざまな条件下でも安定した状態を保つことができます。

信頼性が高く正確なサーボドライブ - 電源とインテリジェントなモータードライブ

超高速スイッチング機能を備え、安定した高分解能制御電源により、信頼性と正確なサーボ制御を実現する電源です。現在、多くのメーカーが、設計がはるかに簡単な高周波材料を使用してパワーモジュールを統合しています。

スイッチモード電源はコントローラベースの閉ループ電源トポロジで動作し、一般的に使用される 2 つの電源スイッチはパワー MOSFET と IGBT です。ゲートドライバは、オン/オフ状態を制御することによってスイッチのゲートの電圧と電流を調整するスイッチモード電源を採用するシステムで一般的です。

スイッチング電源や三相インバータの設計では、さまざまな高性能スマートゲートドライバ、FET内蔵ドライバ、制御機能を統合したドライバが次々と登場します。内蔵FETと電流サンプリング機能の統合設計により、外付け部品の使用を大幅に削減できます。 PWMとイネーブル、上部および下部トランジスタ、およびホール信号入力の論理構成により、設計の柔軟性が大幅に向上し、開発プロセスが簡素化されるだけでなく、電力効率も向上します。

また、サーボ ドライバ IC は統合レベルを最大化し、完全に統合されたサーボ ドライバ IC により、開発時間を大幅に短縮して、サーボ システムの優れた動的性能を実現できます。プリドライバー、センシング、保護回路、パワーブリッジを 1 つのパッケージに統合することで、全体の電力消費とシステムコストが最小限に抑えられます。ここにリストされているのは、Trinamic (ADI) の完全に統合されたサーボ ドライバー IC のブロック図です。すべての制御機能はハードウェア、統合 ADC、位置センサー インターフェイス、位置補間器に実装されており、完全に機能しており、さまざまなサーボ アプリケーションに適しています。

 

完全に統合されたサーボドライバー IC、Trinamic (ADI)

まとめ

高効率サーボシステムには、高性能の制御信号処理、正確な誘導フィードバック、電源、インテリジェントなモータードライブが不可欠です。高性能デバイスの連携により、ロボットの動作中にリアルタイムで瞬時に応答する正確な速度およびトルク制御を実現できます。高性能に加え、各モジュールの高集積化により低コスト化と作業効率の向上を実現します。