Efficiënte servosystemen in robots

In de robotica-industrie zijn servoaandrijvingen een veel voorkomend onderwerp.Met de versnelde verandering van Industrie 4.0 is ook de servoaandrijving van de robot geüpgraded.Het huidige robotsysteem vereist niet alleen dat het aandrijfsysteem meer assen aanstuurt, maar ook intelligentere functies realiseert.

Op elk knooppunt in de werking van een meerassige industriële robot, moet het krachten van verschillende groottes in drie dimensies gebruiken om taken zoals het hanteren van sets te voltooien. De motorenin robots zijnin staat om variabele snelheid en koppel op precieze punten te leveren, en de controller gebruikt ze om bewegingen langs verschillende assen te coördineren, waardoor nauwkeurige positionering mogelijk wordt.Nadat de robot de handlingtaak heeft voltooid, vermindert de motor het koppel terwijl de robotarm terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie.

Samengesteld uit krachtige stuursignaalverwerking, nauwkeurige inductieve feedback, voedingen en intelligentmotor aandrijvingen, dit uiterst efficiënte servosysteembiedt geavanceerde, vrijwel onmiddellijke respons, nauwkeurige snelheids- en koppelregeling.

Snelle real-time servolusregeling: stuursignaalverwerking en inductieve feedback

De basis voor het realiseren van snelle digitale real-time besturing van servolussen is onlosmakelijk verbonden met de modernisering van het micro-elektronica-productieproces.Als we de meest voorkomende driefasige elektrisch bediende robotmotor als voorbeeld nemen, genereert een driefasige PWM-omvormer hoogfrequente gepulseerde spanningsgolfvormen en voert deze golfvormen in onafhankelijke fasen uit naar de driefasige wikkelingen van de motor.Van de drie vermogenssignalen beïnvloeden veranderingen in de motorbelasting de stroomfeedback die wordt waargenomen, gedigitaliseerd en naar de digitale processor gestuurd.De digitale processor voert vervolgens snelle signaalverwerkingsalgoritmen uit om de uitvoer te bepalen.

Hier zijn niet alleen de hoge prestaties van de digitale processor vereist, maar er zijn ook strenge ontwerpeisen voor de voeding.Laten we eerst naar het processorgedeelte kijken. De kerncomputersnelheid moet gelijke tred houden met het tempo van geautomatiseerde upgrades, wat niet langer een probleem is.Sommige bedieningscontrolechipsintegreer A/D-converters, multipliertellers voor positie-/snelheidsdetectie, PWM-generatoren, enz. die nodig zijn voor motorbesturing met de processorkern, wat de bemonsteringstijd van de servobesturingslus aanzienlijk verkort en wordt gerealiseerd door een enkele chip. Het maakt gebruik van automatische versnellings- en vertragingsregeling, versnellingssynchronisatieregeling en digitale compensatieregeling van drie lussen van positie, snelheid en stroom.

Regelalgoritmen zoals snelheidsfeedforward, acceleratiefeedforward, laagdoorlaatfiltering en doorzakkingsfiltering worden ook op een enkele chip geïmplementeerd.De selectie van de processor wordt hier niet herhaald. In de voorgaande artikelen zijn diverse robottoepassingen geanalyseerd, of het nu gaat om een ​​goedkope applicatie of een applicatie met hoge eisen aan programmering en algoritmen. Er zijn al veel keuzes op de markt. De voordelen verschillen.

Niet alleen de huidige feedback, maar ook andere gedetecteerde gegevens worden naar de controller gestuurd om veranderingen in de systeemspanning en -temperatuur te volgen. Stroom- en spanningsdetectiefeedback met hoge resolutie is altijd een uitdaging geweestmotorische controle. Detectie van feedback van alle shunts/Hall-sensoren/magnetische sensoren zijn ongetwijfeld de beste, maar dit vergt veel van het ontwerp en de rekenkracht moet dat bijbenen.

Tegelijkertijd wordt het signaal nabij de rand van de sensor gedigitaliseerd om signaalverlies en interferentie te voorkomen. Naarmate de bemonsteringssnelheid toeneemt, worden er veel gegevensfouten veroorzaakt door signaaldrift. Het ontwerp moet deze veranderingen compenseren door middel van inductie en aanpassing van het algoritme.Hierdoor blijft het servosysteem onder verschillende omstandigheden stabiel.

Betrouwbare en nauwkeurige servoaandrijving: voeding en intelligente motoraandrijving

Voedingen met ultrasnelle schakelfuncties met stabiel stuurvermogen met hoge resolutie, betrouwbare en nauwkeurige servobesturing. Momenteel hebben veel fabrikanten voedingsmodules geïntegreerd met behulp van hoogfrequente materialen, die veel gemakkelijker te ontwerpen zijn.

Voedingen met schakelmodus werken in een op een controller gebaseerde voedingstopologie met gesloten lus, en twee veelgebruikte stroomschakelaars zijn vermogens-MOSFET's en IGBT's.Poortdrivers komen veel voor in systemen die gebruik maken van schakelende voedingen die de spanning en stroom op de poorten van deze schakelaars regelen door de AAN/UIT-status te regelen.

Bij het ontwerp van schakelende voedingen en driefasige omvormers ontstaan ​​in een eindeloze stroom diverse krachtige smart gate drivers, drivers met ingebouwde FET’s en drivers met geïntegreerde besturingsfuncties.Het geïntegreerde ontwerp van de ingebouwde FET en de stroombemonsteringsfunctie kan het gebruik van externe componenten aanzienlijk verminderen. De logische configuratie van PWM en enable, bovenste en onderste transistors en Hall-signaalinvoer vergroten de flexibiliteit van het ontwerp aanzienlijk, wat niet alleen het ontwikkelingsproces vereenvoudigt, maar ook de energie-efficiëntie verbetert.

Servodriver-IC's maximaliseren ook het integratieniveau, en volledig geïntegreerde servodriver-IC's kunnen de ontwikkelingstijd voor uitstekende dynamische prestaties van servosystemen aanzienlijk verkorten.Door de pre-driver, detectie-, beveiligingscircuits en stroombrug in één pakket te integreren, worden het totale stroomverbruik en de systeemkosten geminimaliseerd.Hier vindt u het volledig geïntegreerde IC-blokdiagram van Trinamic (ADI), alle besturingsfuncties zijn geïmplementeerd in hardware, geïntegreerde ADC, positiesensorinterface, positie-interpolator, volledig functioneel en geschikt voor verschillende servotoepassingen.

 

Volledig geïntegreerde servodriver-IC, Trinamic (ADI)

samenvatting

In een hoogefficiënt servosysteem zijn krachtige stuursignaalverwerking, nauwkeurige inductiefeedback, voeding en intelligente motoraandrijving onmisbaar. De samenwerking van hoogwaardige apparaten kan de robot voorzien van nauwkeurige snelheids- en koppelregeling die onmiddellijk in realtime reageert tijdens beweging.Naast hogere prestaties zorgt de hoge integratie van elke module ook voor lagere kosten en een hogere werkefficiëntie.