Efektívne servosystémy v robotoch

V robotickom priemysle sú servopohony bežnou témou.So zrýchlenou zmenou Industry 4.0 bol vylepšený aj servopohon robota.Súčasný systém robotov vyžaduje nielen, aby systém pohonu ovládal viac osí, ale aj dosahoval inteligentnejšie funkcie.

V každom uzle prevádzky viacosového priemyselného robota, musí použiť sily rôznej veľkosti v troch rozmeroch na dokončenie úloh, ako je manipulácia so súpravou. Motoryv robote súschopné poskytnúť premenlivú rýchlosť a krútiaci moment v presných bodoch a ovládač ich používa na koordináciu pohybu pozdĺž rôznych osí, čo umožňuje presné polohovanie.Keď robot dokončí manipulačnú úlohu, motor zníži krútiaci moment a vráti robotické rameno do pôvodnej polohy.

Skladá sa z vysokovýkonného spracovania riadiaceho signálu, presnej indukčnej spätnej väzby, napájacích zdrojov a inteligentnéhomotorové pohony, tento vysokoúčinný servosystémposkytuje sofistikovanú takmer okamžitú odozvu presné ovládanie rýchlosti a krútiaceho momentu.

Vysokorýchlostné riadenie servo slučky v reálnom čase – spracovanie riadiaceho signálu a indukčná spätná väzba

Základ pre realizáciu vysokorýchlostného digitálneho riadenia servo slučky v reálnom čase je neoddeliteľný od modernizácie výrobného procesu mikroelektroniky.Ak vezmeme ako príklad najbežnejší trojfázový elektricky poháňaný motor robota, trojfázový invertor PWM generuje vysokofrekvenčné impulzné napäťové krivky a odosiela tieto krivky do trojfázových vinutí motora v nezávislých fázach.Z troch výkonových signálov ovplyvňujú zmeny v zaťažení motora prúdovú spätnú väzbu, ktorá je snímaná, digitalizovaná a odosielaná do digitálneho procesora.Digitálny procesor potom vykoná vysokorýchlostné algoritmy spracovania signálu na určenie výstupu.

Vyžaduje sa tu nielen vysoký výkon digitálneho procesora, ale aj prísne konštrukčné požiadavky na napájanie.Najprv sa pozrime na procesorovú časť. Rýchlosť výpočtového jadra musí držať krok s tempom automatizovaných aktualizácií, čo už nie je problém.Niektoré čipy na riadenie prevádzkyintegrovať A/D prevodníky, čítače násobičov detekcie polohy/rýchlosti, PWM generátory atď. potrebné na riadenie motora s jadrom procesora, čo výrazne skracuje čas vzorkovania riadiacej slučky serva a je realizované jediným čipom. Prijíma automatické riadenie zrýchlenia a spomalenia, riadenie synchronizácie prevodových stupňov a digitálne riadenie kompenzácie troch slučiek polohy, rýchlosti a prúdu.

Na jedinom čipe sú implementované aj riadiace algoritmy, ako je rýchlostná dopredná, akceleračná dopredná, dolná priepust a filtrácia priehybu.Výber procesora sa tu nebude opakovať. V predchádzajúcich článkoch boli analyzované rôzne aplikácie robotov, či už ide o nízkonákladovú aplikáciu alebo aplikáciu s vysokými nárokmi na programovanie a algoritmy. Na trhu je už veľa možností. Výhody rôzne.

Nielen spätná väzba prúdu, ale aj ďalšie nasnímané údaje sa odosielajú do riadiacej jednotky na sledovanie zmien napätia a teploty systému. Spätná väzba snímania prúdu a napätia s vysokým rozlíšením bola vždy výzvouovládanie motora. Detekcia spätnej väzby zo všetkých bočníkov/Hallových senzorov/magnetické snímače zároveň je nepochybne najlepší, ale je to veľmi náročné na dizajn a výpočtový výkon musí držať krok.

Súčasne, aby sa predišlo strate signálu a rušeniu, je signál digitalizovaný v blízkosti okraja snímača. Ako sa vzorkovacia frekvencia zvyšuje, dochádza k mnohým chybám v údajoch spôsobených posunom signálu. Návrh musí kompenzovať tieto zmeny pomocou indukcie a úpravy algoritmu.To umožňuje servosystému zostať stabilný za rôznych podmienok.

Spoľahlivý a presný servopohon – napájanie a inteligentný motorový pohon

Napájacie zdroje s ultra-vysokorýchlostnými spínacími funkciami so stabilným riadiacim výkonom s vysokým rozlíšením spoľahlivé a presné servo riadenie. V súčasnosti má veľa výrobcov integrované výkonové moduly využívajúce vysokofrekvenčné materiály, ktoré sú oveľa jednoduchšie na dizajn.

Spínané napájacie zdroje pracujú v topológii zdroja s uzavretou slučkou založenou na regulátore a dva bežne používané napájacie spínače sú výkonové MOSFETy a IGBT.Ovládače brán sú bežné v systémoch, ktoré využívajú spínané napájacie zdroje, ktoré regulujú napätie a prúd na bránach týchto spínačov ovládaním stavu ON/OFF.

Pri konštrukcii spínaných napájacích zdrojov a trojfázových meničov vznikajú v nekonečnom prúde rôzne vysokovýkonné ovládače inteligentných brán, ovládače so zabudovanými FET a ovládače s integrovanými riadiacimi funkciami.Integrovaný dizajn vstavaného FET a funkcie vzorkovania prúdu môže výrazne znížiť použitie externých komponentov. Logická konfigurácia PWM a aktivácie, horných a dolných tranzistorov a vstup Hallovho signálu výrazne zvyšuje flexibilitu dizajnu, čo nielen zjednodušuje proces vývoja, ale tiež zlepšuje energetickú účinnosť.

Integrované obvody servomotorov tiež maximalizujú úroveň integrácie a plne integrované integrované obvody servomotorov môžu výrazne skrátiť čas vývoja pre vynikajúci dynamický výkon servosystémov.Integrácia predradenia, snímania, ochranných obvodov a napájacieho mostíka do jedného balíka minimalizuje celkovú spotrebu energie a náklady na systém.Tu je uvedená bloková schéma plne integrovaného IC servo ovládača Trinamic (ADI), všetky riadiace funkcie sú implementované v hardvéri, integrovaný ADC, rozhranie snímača polohy, interpolátor polohy, plne funkčné a vhodné pre rôzne servo aplikácie.

 

Plne integrovaný servo ovládač IC, Trinamic (ADI)

zhrnutie

Vo vysokoúčinnom servosystéme je nevyhnutné vysokovýkonné spracovanie riadiaceho signálu, presná indukčná spätná väzba, napájanie a inteligentný motorový pohon. Spolupráca vysokovýkonných zariadení môže poskytnúť robotovi presné riadenie rýchlosti a krútiaceho momentu, ktoré okamžite reaguje počas pohybu v reálnom čase.Okrem vyššieho výkonu poskytuje vysoká integrácia každého modulu aj nižšie náklady a vyššiu efektivitu práce.