Učinkoviti servo sistemi v robotih

V robotski industriji so servo pogoni pogosta tema.S pospešeno spremembo industrije 4.0 je nadgrajen tudi servo pogon robota.Trenutni robotski sistem ne zahteva samo pogonskega sistema za krmiljenje več osi, ampak tudi za doseganje bolj inteligentnih funkcij.

Na vsakem vozlišču pri delovanju večosnega industrijskega robota, mora uporabiti sile različnih velikosti v treh dimenzijah za dokončanje nalog, kot je ravnanje z nizom. Motorjiv robotu solahko zagotavljajo spremenljivo hitrost in navor na točno določenih točkah, krmilnik pa jih uporablja za usklajevanje gibanja vzdolž različnih osi, kar omogoča natančno pozicioniranje.Ko robot dokonča nalogo rokovanja, motor zmanjša navor, medtem ko robotsko roko vrne v začetni položaj.

Sestavljen iz visoko zmogljive obdelave krmilnega signala, natančne induktivne povratne informacije, napajalnikov in inteligentnegamotorni pogoni, ta visoko učinkovit servo sistemzagotavlja sofisticiran skoraj takojšen odziv, natančen nadzor hitrosti in navora.

Visokohitrostno krmiljenje servo zanke v realnem času—obdelava krmilnega signala in induktivna povratna informacija

Osnova za realizacijo hitrega digitalnega krmiljenja servo zanke v realnem času je neločljiva od nadgradnje proizvodnega procesa mikroelektronike.Če za primer vzamemo najpogostejši trifazni električni robotski motor, trifazni pretvornik PWM ustvari visokofrekvenčne impulzne napetostne valovne oblike in te valovne oblike oddaja v trifazna navitja motorja v neodvisnih fazah.Od treh močnostnih signalov spremembe v obremenitvi motorja vplivajo na trenutno povratno informacijo, ki je zaznana, digitalizirana in poslana digitalnemu procesorju.Digitalni procesor nato izvede algoritme za obdelavo visoke hitrosti signala, da določi izhod.

Tukaj ni potrebna le visoka zmogljivost digitalnega procesorja, ampak tudi stroge konstrukcijske zahteve za napajanje.Najprej si poglejmo procesorski del. Jedrna računalniška hitrost mora slediti tempu avtomatskih nadgradenj, kar ni več problem.Nekaj ​​čipov za nadzor delovanjaintegrirati A/D pretvornike, množilne števce za zaznavanje položaja/hitrosti, generatorje PWM itd., potrebne za nadzor motorja s procesorskim jedrom, kar močno skrajša čas vzorčenja servo krmilne zanke in je realizirano z enim samim čipom. Sprejema samodejni nadzor pospeševanja in zaviranja, nadzor sinhronizacije prestav in nadzor digitalne kompenzacije treh zank položaja, hitrosti in toka.

Na enem čipu so implementirani tudi krmilni algoritmi, kot so posredovanje hitrosti, posredovanje pospeška, nizkopasovno filtriranje in filtriranje padcev.Izbire procesorja tukaj ne bomo ponavljali. V prejšnjih člankih smo analizirali različne aplikacije robotov, pa naj gre za nizkocenovne aplikacije ali aplikacije z visokimi zahtevami glede programiranja in algoritmov. Na trgu je že veliko izbire. Prednosti različne.

Ne le trenutne povratne informacije, ampak tudi drugi zaznani podatki se pošljejo krmilniku za sledenje spremembam napetosti in temperature sistema. Povratne informacije za zaznavanje toka in napetosti visoke ločljivosti so bile vedno izzivnadzor motorja. Zaznavanje povratnih informacij iz vseh shuntov/Hallovih senzorjev/magnetnih senzorjev je hkrati nedvomno najboljši, vendar je to konstrukcijsko zelo zahtevno in računalniška moč mu mora slediti.

Hkrati se signal digitalizira blizu roba senzorja, da bi se izognili izgubi signala in motnjam. Ko se stopnja vzorčenja poveča, pride do številnih napak v podatkih, ki jih povzroči zamik signala. Zasnova mora kompenzirati te spremembe z indukcijo in prilagoditvijo algoritma.To omogoča, da servo sistem ostane stabilen v različnih pogojih.

Zanesljiv in natančen servo pogon—napajalnik in inteligentni motorni pogon

Napajalniki z izjemno hitrimi preklopnimi funkcijami s stabilnim nadzorom visoke ločljivosti, zanesljivim in natančnim servo nadzorom. Trenutno ima veliko proizvajalcev integrirane napajalne module z uporabo visokofrekvenčnih materialov, ki jih je veliko lažje oblikovati.

Preklopni napajalniki delujejo v zaprtozančni napajalni topologiji, ki temelji na krmilniku, dve pogosto uporabljeni napajalni stikali pa sta močnostni MOSFET in IGBT.Gonilniki vrat so običajni v sistemih, ki uporabljajo stikalne napajalnike, ki uravnavajo napetost in tok na vratih teh stikal s krmiljenjem stanja VKLOP/IZKLOP.

Pri zasnovi stikalnih napajalnikov in trifaznih pretvornikov se v neskončnem toku pojavljajo različni visoko zmogljivi gonilniki pametnih vrat, gonilniki z vgrajenimi FET-ji in gonilniki z integriranimi krmilnimi funkcijami.Integrirana zasnova vgrajenega FET in funkcije vzorčenja toka lahko močno zmanjša uporabo zunanjih komponent. Logična konfiguracija PWM in omogočitve, zgornjih in spodnjih tranzistorjev ter vhod Hallovega signala močno poveča fleksibilnost načrtovanja, kar ne le poenostavi razvojni proces, ampak tudi izboljša energetsko učinkovitost.

IC-ji servo gonilnikov tudi povečajo stopnjo integracije, popolnoma integrirani IC-ji servo gonilnikov pa lahko močno skrajšajo razvojni čas za odlično dinamično delovanje servo sistemov.Integracija predgonilnika, zaznavanja, zaščitnih vezij in napajalnega mostu v en paket zmanjša skupno porabo energije in stroške sistema.Tukaj je naveden blokovni diagram IC popolnoma integriranega servo gonilnika Trinamic (ADI), vse krmilne funkcije so implementirane v strojni opremi, integriran ADC, vmesnik senzorja položaja, interpolator položaja, popolnoma funkcionalen in primeren za različne servo aplikacije.

 

Popolnoma integriran servo gonilnik IC, Trinamic (ADI)

povzetek

V visoko učinkovitem servo sistemu so nepogrešljivi visokozmogljiva obdelava krmilnega signala, natančna indukcijska povratna informacija, napajanje in inteligentni motorni pogon. Sodelovanje visoko zmogljivih naprav lahko robotu zagotovi natančen nadzor hitrosti in navora, ki se takoj odzove med gibanjem v realnem času.Visoka integracija posameznega modula poleg višje zmogljivosti zagotavlja tudi nižje stroške in večjo delovno učinkovitost.