Servosisteme eficiente în roboți

În industria robotică, servomotorizările sunt un subiect obișnuit.Odată cu schimbarea accelerată a Industriei 4.0, servomotor a robotului a fost, de asemenea, îmbunătățit.Sistemul actual de robot nu necesită doar ca sistemul de acționare să controleze mai multe axe, ci și să realizeze funcții mai inteligente.

La fiecare nod în funcționarea unui robot industrial cu mai multe axe, trebuie să folosească forțe de diferite mărimi în trei dimensiuni pentru a îndeplini sarcini precum manipularea seturilor. Motoareleîn robot suntcapabil să ofere viteză și cuplu variabile în puncte precise, iar controlerul le folosește pentru a coordona mișcarea de-a lungul diferitelor axe, permițând o poziționare precisă.După ce robotul încheie sarcina de manipulare, motorul reduce cuplul în timp ce readuce brațul robotizat în poziția inițială.

Compus din procesare de înaltă performanță a semnalului de control, feedback inductiv precis, surse de alimentare și inteligentacționări cu motor, acest servosistem de înaltă eficiențăoferă un răspuns sofisticat aproape instantaneu control precis al vitezei și al cuplului.

Controlul buclei servo în timp real de mare viteză—control de procesare a semnalului și feedback inductiv

Baza realizării controlului digital de mare viteză în timp real al buclei servo este inseparabilă de modernizarea procesului de fabricație a microelectronicei.Luând ca exemplu cel mai comun motor robot trifazat acționat electric, un invertor trifazat PWM generează forme de undă de tensiune pulsată de înaltă frecvență și emite aceste forme de undă în înfășurările trifazate ale motorului în faze independente.Dintre cele trei semnale de putere, modificările în sarcina motorului afectează feedback-ul curent care este detectat, digitizat și trimis procesorului digital.Procesorul digital efectuează apoi algoritmi de procesare a semnalului de mare viteză pentru a determina ieșirea.

Nu doar performanța ridicată a procesorului digital este necesară aici, dar există și cerințe stricte de proiectare pentru sursa de alimentare.Să ne uităm mai întâi la partea procesorului. Viteza de calcul de bază trebuie să țină pasul cu ritmul actualizărilor automate, ceea ce nu mai reprezintă o problemă.Unele cipuri de control al operațiuniiintegrează convertoare A/D, contoare multiplicatoare de detectare a poziției/vitezei, generatoare PWM etc. necesare pentru controlul motorului cu miezul procesorului, ceea ce scurtează foarte mult timpul de eșantionare al buclei de control servo și este realizat printr-un singur cip. Adoptă controlul automat al accelerației și decelerației, al sincronizării treptelor de viteză și al compensării digitale a trei bucle de poziție, viteză și curent.

Pe un singur cip sunt implementați, de asemenea, algoritmi de control precum viteza de avans, accelerație, filtrare low-pass și filtrare sag.Selectarea procesorului nu se va repeta aici. În articolele precedente au fost analizate diverse aplicații de robot, fie că este vorba de o aplicație low-cost sau de o aplicație cu cerințe mari de programare și algoritmi. Există deja multe opțiuni pe piață. Avantajele diferite.

Nu numai feedback-ul curent, ci și alte date detectate sunt trimise controlerului pentru a urmări modificările de tensiune și temperatură ale sistemului. Feedback-ul de detectare a curentului și tensiunii de înaltă rezoluție a fost întotdeauna o provocarecontrolul motorului. Detectarea feedback-ului de la toate șunturile/senzorii Hall/senzorii magnetici în același timp este, fără îndoială, cel mai bun, dar acest lucru este foarte solicitant în ceea ce privește designul, iar puterea de calcul trebuie să țină pasul.

În același timp, pentru a evita pierderea și interferența semnalului, semnalul este digitizat lângă marginea senzorului. Pe măsură ce rata de eșantionare crește, există multe erori de date cauzate de devierea semnalului. Designul trebuie să compenseze aceste schimbări prin inducție și ajustarea algoritmului.Acest lucru permite sistemului servo să rămână stabil în diferite condiții.

Servomotor fiabil și precis - sursă de alimentare și acționare inteligentă a motorului

Surse de alimentare cu funcții de comutare de ultra-înaltă viteză cu control stabil de înaltă rezoluție putere servo control fiabil și precis. În prezent, mulți producători au integrat module de putere folosind materiale de înaltă frecvență, care sunt mult mai ușor de proiectat.

Sursele de alimentare în modul comutator funcționează într-o topologie de alimentare în buclă închisă bazată pe controler, iar două comutatoare de alimentare utilizate în mod obișnuit sunt MOSFET-urile de putere și IGBT-urile.Driverele de poartă sunt obișnuite în sistemele care folosesc surse de alimentare cu comutare care reglează tensiunea și curentul pe porțile acestor întrerupătoare prin controlul stării ON/OFF.

În proiectarea surselor de alimentare cu comutare și a invertoarelor trifazate, diverse drivere de înaltă performanță pentru porți inteligente, drivere cu FET-uri încorporate și drivere cu funcții de control integrate apar într-un flux nesfârșit.Designul integrat al FET-ului încorporat și al funcției de eșantionare curentă poate reduce foarte mult utilizarea componentelor externe. Configurația logică a PWM și activare, tranzistoare superioare și inferioare și intrarea semnalului Hall mărește foarte mult flexibilitatea designului, ceea ce nu numai că simplifică procesul de dezvoltare, ci și îmbunătățește eficiența energetică.

Circuitele integrate servo driver maximizează, de asemenea, nivelul de integrare, iar circuitele integrate servo driver complet integrate pot scurta foarte mult timpul de dezvoltare pentru o performanță dinamică excelentă a sistemelor servo.Integrarea circuitelor de pre-driver, de detectare, de protecție și a podului de alimentare într-un singur pachet minimizează consumul general de energie și costul sistemului.Listată aici este diagrama bloc IC servo driver integrată complet de la Trinamic (ADI), toate funcțiile de control sunt implementate în hardware, ADC integrat, interfață senzor de poziție, interpolator de poziție, complet funcțional și potrivit pentru diverse aplicații servo.

 

IC servo driver complet integrat, Trinamic (ADI)

rezumat

Într-un sistem servo de înaltă eficiență, procesarea de înaltă performanță a semnalului de control, feedback-ul precis prin inducție, sursa de alimentare și acționarea inteligentă a motorului sunt indispensabile. Cooperarea cu dispozitive de înaltă performanță poate oferi robotului un control precis al vitezei și al cuplului care răspunde instantaneu în timpul mișcării în timp real.Pe lângă performanțe mai mari, integrarea ridicată a fiecărui modul oferă, de asemenea, costuri mai mici și o eficiență mai mare a muncii.