Servo Sistemas Eficientes em Robôs

Na indústria robótica, os servoacionamentos são um tópico comum.Com a mudança acelerada da Indústria 4.0, o servo acionamento do robô também foi atualizado.O sistema robótico atual não requer apenas que o sistema de acionamento controle mais eixos, mas também obtenha funções mais inteligentes.

Em cada nó na operação de um robô industrial multieixo, ele deve usar forças de diferentes magnitudes em três dimensões para completar tarefas como o manuseio de conjuntos. Os motoresno robô sãocapaz de fornecer velocidade e torque variáveis ​​em pontos precisos, e o controlador os utiliza para coordenar o movimento ao longo de diferentes eixos, permitindo um posicionamento preciso.Depois que o robô completa a tarefa de manuseio, o motor reduz o torque enquanto retorna o braço robótico à sua posição inicial.

Composto por processamento de sinal de controle de alto desempenho, feedback indutivo preciso, fontes de alimentação e recursos inteligentesacionamentos de motor, este sistema servo de alta eficiênciafornece velocidade precisa de resposta sofisticada e quase instantânea e controle de torque.

Controle de loop servo de alta velocidade em tempo real - controle o processamento de sinal e feedback indutivo

A base para realizar o controle digital de alta velocidade em tempo real do servo loop é inseparável da atualização do processo de fabricação de microeletrônica.Tomando como exemplo o motor robótico trifásico elétrico mais comum, um inversor trifásico PWM gera formas de onda de tensão pulsada de alta frequência e envia essas formas de onda para os enrolamentos trifásicos do motor em fases independentes.Dos três sinais de potência, as alterações na carga do motor afetam o feedback de corrente que é detectado, digitalizado e enviado ao processador digital.O processador digital então executa algoritmos de processamento de sinal de alta velocidade para determinar a saída.

Não apenas o alto desempenho do processador digital é necessário aqui, mas também existem requisitos rígidos de design para a fonte de alimentação.Vejamos primeiro a parte do processador. A velocidade da computação central deve acompanhar o ritmo das atualizações automatizadas, o que não é mais um problema.Alguns chips de controle de operaçãointegra conversores A/D, contadores multiplicadores de detecção de posição/velocidade, geradores PWM, etc. necessários para o controle do motor com o núcleo do processador, o que reduz muito o tempo de amostragem do circuito de servocontrole e é realizado por um único chip. Adota controle automático de aceleração e desaceleração, controle de sincronização de marchas e controle de compensação digital de três loops de posição, velocidade e corrente.

Algoritmos de controle como feedforward de velocidade, feedforward de aceleração, filtragem passa-baixa e filtragem sag também são implementados em um único chip.A seleção do processador não será repetida aqui. Nos artigos anteriores, foram analisadas diversas aplicações de robôs, seja uma aplicação de baixo custo ou uma aplicação com altos requisitos de programação e algoritmos. Já existem muitas opções no mercado. As vantagens diferentes.

Não apenas o feedback de corrente, mas outros dados detectados também são enviados ao controlador para rastrear alterações na tensão e temperatura do sistema. O feedback de detecção de corrente e tensão de alta resolução sempre foi um desafio emcontrole motor. Detectando feedback de todos os sensores shunts/Hall/ sensores magnéticos ao mesmo tempo são sem dúvida os melhores, mas isso exige muito do design e o poder de computação precisa acompanhar.

Ao mesmo tempo, para evitar perda e interferência de sinal, o sinal é digitalizado próximo à borda do sensor. À medida que a taxa de amostragem aumenta, há muitos erros de dados causados ​​pelo desvio do sinal. O projeto precisa compensar essas mudanças por meio de indução e ajuste de algoritmo.Isto permite que o sistema servo permaneça estável sob várias condições.

Servo acionamento confiável e preciso – fonte de alimentação e acionamento inteligente do motor

Fontes de alimentação com funções de comutação de ultra-alta velocidade com controle estável de alta resolução, controle servo confiável e preciso. Atualmente, muitos fabricantes integraram módulos de potência usando materiais de alta frequência, que são muito mais fáceis de projetar.

As fontes de alimentação comutadas operam em uma topologia de fonte de alimentação de circuito fechado baseada em controlador, e dois interruptores de alimentação comumente usados ​​são MOSFETs de potência e IGBTs.Gate drivers são comuns em sistemas que empregam fontes de alimentação comutadas que regulam a tensão e a corrente nas portas desses comutadores, controlando o estado ON/OFF.

No projeto de fontes de alimentação comutadas e inversores trifásicos, vários drivers de portão inteligente de alto desempenho, drivers com FETs integrados e drivers com funções de controle integradas emergem em um fluxo interminável.O design integrado do FET integrado e da função de amostragem de corrente pode reduzir bastante o uso de componentes externos. A configuração lógica de PWM e habilitação, transistores superiores e inferiores e entrada de sinal Hall aumentam muito a flexibilidade do design, o que não apenas simplifica o processo de desenvolvimento, mas também melhora a eficiência energética.

Os ICs servo-drivers também maximizam o nível de integração, e os ICs servo-drivers totalmente integrados podem reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento para excelente desempenho dinâmico de sistemas servo.A integração do pré-driver, da detecção, dos circuitos de proteção e da ponte de alimentação em um único pacote minimiza o consumo geral de energia e o custo do sistema.Listado aqui está o diagrama de blocos IC do servo driver totalmente integrado da Trinamic (ADI), todas as funções de controle são implementadas em hardware, ADC integrado, interface do sensor de posição, interpolador de posição, totalmente funcional e adequado para várias aplicações servo.

 

Servo driver IC totalmente integrado, Trinamic (ADI)

resumo

Em um sistema servo de alta eficiência, processamento de sinal de controle de alto desempenho, feedback de indução preciso, fonte de alimentação e acionamento inteligente do motor são indispensáveis. A cooperação de dispositivos de alto desempenho pode fornecer ao robô controle preciso de velocidade e torque que responde instantaneamente durante o movimento em tempo real.Além de maior desempenho, a alta integração de cada módulo também proporciona menor custo e maior eficiência de trabalho.