Wydajne systemy serwo w robotach

W branży robotyki serwonapędy są powszechnym tematem.Wraz z przyspieszoną zmianą Przemysłu 4.0 unowocześniono także serwonapęd robota.Obecny system robotyczny wymaga od układu napędowego nie tylko kontrolowania większej liczby osi, ale także realizacji bardziej inteligentnych funkcji.

Na każdym węźle pracy wieloosiowego robota przemysłowego, musi używać sił o różnej wielkości w trzech wymiarach, aby wykonać zadania, takie jak obsługa zestawu. Silnikiw robocie sąjest w stanie zapewnić zmienną prędkość i moment obrotowy w precyzyjnych punktach, a sterownik wykorzystuje je do koordynowania ruchu wzdłuż różnych osi, umożliwiając precyzyjne pozycjonowanie.Gdy robot wykona zadanie obsługi, silnik zmniejsza moment obrotowy, przywracając ramię robota do jego pozycji początkowej.

Składa się z wysokowydajnego przetwarzania sygnału sterującego, precyzyjnego indukcyjnego sprzężenia zwrotnego, zasilaczy i inteligentnych rozwiązańnapędy silnikowe, ten wysokowydajny system serwozapewnia wyrafinowaną, niemal natychmiastową reakcję, precyzyjną kontrolę prędkości i momentu obrotowego.

Szybkie sterowanie pętlą serwo w czasie rzeczywistym — przetwarzanie sygnału sterującego i indukcyjne sprzężenie zwrotne

Podstawą realizacji szybkiego cyfrowego sterowania pętlą serwo w czasie rzeczywistym jest nierozerwalnie związana z unowocześnieniem procesu produkcyjnego mikroelektroniki.Biorąc za przykład najpopularniejszy trójfazowy silnik robota napędzany elektrycznie, trójfazowy falownik PWM generuje impulsowe przebiegi napięcia o wysokiej częstotliwości i wysyła te przebiegi do trójfazowych uzwojeń silnika w niezależnych fazach.Spośród trzech sygnałów mocy zmiany obciążenia silnika wpływają na bieżące sprzężenie zwrotne, które jest wykrywane, przetwarzane na postać cyfrową i wysyłane do procesora cyfrowego.Następnie procesor cyfrowy wykonuje algorytmy szybkiego przetwarzania sygnału w celu określenia sygnału wyjściowego.

Wymagana jest tu nie tylko wysoka wydajność procesora cyfrowego, ale istnieją również rygorystyczne wymagania projektowe dotyczące zasilacza.Przyjrzyjmy się najpierw części procesora. Szybkość obliczeń rdzenia musi nadążać za tempem automatycznych aktualizacji, co nie stanowi już problemu.Niektóre układy sterujące pracązintegrować przetworniki A/D, liczniki mnożników detekcji położenia/prędkości, generatory PWM itp. niezbędne do sterowania silnikiem z rdzeniem procesora, co znacznie skraca czas próbkowania pętli sterowania serwomechanizmem i jest realizowane przez pojedynczy układ scalony. Przyjmuje automatyczną kontrolę przyspieszania i zwalniania, kontrolę synchronizacji biegów i cyfrową kontrolę kompensacji trzech pętli położenia, prędkości i prądu.

Algorytmy sterujące, takie jak wyprzedzanie prędkości, wyprzedzanie przyspieszenia, filtrowanie dolnoprzepustowe i filtrowanie ugięcia są również zaimplementowane w jednym chipie.Wybór procesora nie będzie tutaj powtarzany. W poprzednich artykułach analizowano różne zastosowania robotów, niezależnie od tego, czy jest to aplikacja niskonakładowa, czy też aplikacja o wysokich wymaganiach programowych i algorytmicznych. Na rynku jest już wiele możliwości wyboru. Zalety inne.

Do sterownika wysyłane są nie tylko bieżące informacje zwrotne, ale także inne zmierzone dane, aby śledzić zmiany napięcia i temperatury systemu. Sprzężenie zwrotne z pomiaru prądu i napięcia o wysokiej rozdzielczości zawsze było wyzwaniemsterowanie silnikiem. Wykrywanie sprzężenia zwrotnego ze wszystkich boczników/czujników Halla/czujników magnetycznych jest niewątpliwie najlepszy, ale jest to bardzo wymagające pod względem projektu, a moc obliczeniowa musi nadążać.

Jednocześnie, aby uniknąć utraty sygnału i zakłóceń, sygnał jest digitalizowany w pobliżu krawędzi czujnika. Wraz ze wzrostem częstotliwości próbkowania pojawia się wiele błędów danych spowodowanych dryftem sygnału. Projekt musi kompensować te zmiany poprzez indukcję i dostosowanie algorytmu.Dzięki temu serwomechanizm pozostaje stabilny w różnych warunkach.

Niezawodny i precyzyjny serwonapęd – zasilanie i inteligentny napęd silnikowy

Zasilacze z ultraszybkimi funkcjami przełączania ze stabilną mocą sterującą o wysokiej rozdzielczości, niezawodne i dokładne sterowanie serwomechanizmem. Obecnie wielu producentów posiada zintegrowane moduły mocy wykorzystujące materiały o wysokiej częstotliwości, które są znacznie łatwiejsze w projektowaniu.

Zasilacze impulsowe działają w topologii zasilania w pętli zamkniętej opartej na kontrolerze, a dwoma powszechnie używanymi przełącznikami zasilania są tranzystory MOSFET mocy i IGBT.Sterowniki bramek są powszechne w systemach wykorzystujących zasilacze impulsowe, które regulują napięcie i prąd na bramkach tych przełączników poprzez kontrolowanie stanu WŁ./WYŁ.

Przy projektowaniu zasilaczy impulsowych i falowników trójfazowych niekończącym się strumieniem pojawiają się różne wysokowydajne sterowniki inteligentnych bramek, sterowniki z wbudowanymi tranzystorami FET i sterowniki ze zintegrowanymi funkcjami sterującymi.Zintegrowana konstrukcja wbudowanego tranzystora FET i funkcja próbkowania prądu może znacznie ograniczyć użycie komponentów zewnętrznych. Konfiguracja logiczna PWM i włączania, górnego i dolnego tranzystora oraz wejścia sygnału Halla znacznie zwiększa elastyczność projektu, co nie tylko upraszcza proces rozwoju, ale także poprawia efektywność energetyczną.

Układy scalone sterownika serwo maksymalizują również poziom integracji, a w pełni zintegrowane układy scalone sterownika serwo mogą znacznie skrócić czas opracowywania, zapewniając doskonałą dynamikę systemów serwo.Zintegrowanie sterownika wstępnego, obwodów czujników, zabezpieczeń i mostka mocy w jeden pakiet minimalizuje całkowite zużycie energii i koszty systemu.Tutaj wymieniony jest schemat blokowy w pełni zintegrowanego sterownika serwo firmy Trinamic (ADI). Wszystkie funkcje sterujące są zaimplementowane sprzętowo, zintegrowany przetwornik ADC, interfejs czujnika położenia, interpolator położenia, w pełni funkcjonalny i odpowiedni do różnych zastosowań serwo.

 

W pełni zintegrowany układ scalony sterownika serwo, Trinamic (ADI)

streszczenie

W wysokowydajnym systemie serwo niezbędne jest wysokowydajne przetwarzanie sygnału sterującego, precyzyjne indukcyjne sprzężenie zwrotne, zasilanie i inteligentny napęd silnikowy. Współpraca wysokowydajnych urządzeń może zapewnić robotowi dokładną kontrolę prędkości i momentu obrotowego, który reaguje natychmiastowo podczas ruchu w czasie rzeczywistym.Oprócz wyższej wydajności, wysoka integracja każdego modułu zapewnia również niższy koszt i wyższą wydajność pracy.