ระบบเซอร์โวที่มีประสิทธิภาพในหุ่นยนต์

ในอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ เซอร์โวไดรฟ์เป็นหัวข้อที่พบบ่อยด้วยการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วของอุตสาหกรรม 4.0 เซอร์โวไดรฟ์ของหุ่นยนต์ก็ได้รับการอัพเกรดเช่นกันระบบหุ่นยนต์ในปัจจุบันไม่เพียงแต่ต้องการระบบขับเคลื่อนในการควบคุมแกนมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ฟังก์ชันที่ชาญฉลาดมากขึ้นอีกด้วย

ที่แต่ละโหนดในการทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมหลายแกนต้องใช้กำลังที่มีขนาดต่างกันในสามมิติเพื่อทำงานให้เสร็จสิ้น เช่น การจัดการชุด มอเตอร์ในหุ่นยนต์นั้นสามารถให้ความเร็วและแรงบิดที่แปรผัน ณ จุดที่แม่นยำ และผู้ควบคุมใช้เพื่อประสานการเคลื่อนไหวตามแกนต่างๆ ทำให้สามารถวางตำแหน่งได้อย่างแม่นยำหลังจากที่หุ่นยนต์จัดการงานเสร็จสิ้น มอเตอร์จะลดแรงบิดในขณะที่ส่งแขนหุ่นยนต์กลับไปยังตำแหน่งเริ่มต้น

ประกอบด้วยการประมวลผลสัญญาณควบคุมประสิทธิภาพสูง การป้อนกลับแบบอุปนัยที่แม่นยำ แหล่งจ่ายไฟ และความชาญฉลาดมอเตอร์ขับเคลื่อนระบบเซอร์โวประสิทธิภาพสูงนี้ให้การตอบสนองที่มีความซับซ้อนในการตอบสนองแทบจะทันทีและการควบคุมแรงบิดที่แม่นยำ

การควบคุมเซอร์โวลูปแบบเรียลไทม์ความเร็วสูง—ควบคุมการประมวลผลสัญญาณและการป้อนกลับแบบอุปนัย

พื้นฐานสำหรับการตระหนักถึงการควบคุมเซอร์โวลูปแบบเรียลไทม์ดิจิทัลความเร็วสูงนั้นแยกออกจากการอัพเกรดกระบวนการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้ยกตัวอย่างมอเตอร์หุ่นยนต์ที่ทำงานด้วยไฟฟ้าแบบสามเฟสที่พบบ่อยที่สุด อินเวอร์เตอร์แบบสามเฟสแบบ PWM จะสร้างรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าพัลส์ความถี่สูง และส่งออกรูปคลื่นเหล่านี้ไปยังขดลวดสามเฟสของมอเตอร์ในเฟสอิสระจากสัญญาณกำลังทั้งสามนี้ การเปลี่ยนแปลงโหลดของมอเตอร์ส่งผลต่อการป้อนกลับปัจจุบันที่รับรู้ แปลงเป็นดิจิทัล และส่งไปยังโปรเซสเซอร์ดิจิทัลจากนั้นโปรเซสเซอร์ดิจิทัลจะดำเนินการอัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณความเร็วสูงเพื่อกำหนดเอาต์พุต

ที่นี่ไม่เพียงต้องการประสิทธิภาพสูงของโปรเซสเซอร์ดิจิทัลเท่านั้น แต่ยังมีข้อกำหนดการออกแบบที่เข้มงวดสำหรับแหล่งจ่ายไฟอีกด้วยมาดูในส่วนของโปรเซสเซอร์กันก่อน ความเร็วในการประมวลผลหลักจะต้องตามทันการอัปเกรดอัตโนมัติ ซึ่งไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไปชิปควบคุมการทำงานบางตัวรวมตัวแปลง A/D, ตัวนับตัวคูณการตรวจจับตำแหน่ง/ความเร็ว, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า PWM ฯลฯ ที่จำเป็นสำหรับการควบคุมมอเตอร์เข้ากับแกนโปรเซสเซอร์ ซึ่งช่วยลดระยะเวลาการสุ่มตัวอย่างของลูปควบคุมเซอร์โวได้อย่างมาก และรับรู้ได้ด้วยชิปตัวเดียว ใช้การควบคุมการเร่งความเร็วและการลดความเร็วอัตโนมัติ การควบคุมการซิงโครไนซ์เกียร์ และการควบคุมการชดเชยแบบดิจิทัลของตำแหน่ง ความเร็ว และกระแสสามลูป

อัลกอริธึมควบคุม เช่น การป้อนความเร็ว การป้อนไปข้างหน้า การกรองความถี่ต่ำ และการกรองความหย่อน ก็ถูกนำมาใช้บนชิปตัวเดียวเช่นกันการเลือกโปรเซสเซอร์จะไม่ถูกทำซ้ำที่นี่ ในบทความก่อนหน้านี้ มีการวิเคราะห์แอปพลิเคชันโรบอตต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นแอปพลิเคชันราคาประหยัดหรือแอปพลิเคชันที่มีความต้องการสูงสำหรับการเขียนโปรแกรมและอัลกอริธึม มีตัวเลือกมากมายในตลาดอยู่แล้ว ข้อดีมันต่างกัน.

ไม่เพียงแต่ผลตอบรับในปัจจุบันเท่านั้น แต่ข้อมูลที่รับรู้อื่นๆ ยังถูกส่งไปยังคอนโทรลเลอร์เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของระบบอีกด้วย ผลตอบรับการตรวจจับกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่มีความละเอียดสูงถือเป็นความท้าทายมาโดยตลอดการควบคุมมอเตอร์- การตรวจจับการตอบสนองจากเซ็นเซอร์ shunts/Hall ทั้งหมด/เซ็นเซอร์แม่เหล็กในเวลาเดียวกันนั้นดีที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย แต่การออกแบบนี้มีความต้องการอย่างมาก และพลังการประมวลผลจำเป็นต้องตามทัน

ในเวลาเดียวกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียสัญญาณและการรบกวน สัญญาณจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลใกล้กับขอบของเซ็นเซอร์ เมื่ออัตราการสุ่มตัวอย่างเพิ่มขึ้น ก็มีข้อผิดพลาดของข้อมูลมากมายที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของสัญญาณ การออกแบบจำเป็นต้องชดเชยการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ผ่านการเหนี่ยวนำและการปรับอัลกอริทึมซึ่งช่วยให้ระบบเซอร์โวยังคงมีเสถียรภาพภายใต้สภาวะต่างๆ

เซอร์โวไดรฟ์ที่เชื่อถือได้และแม่นยำ—แหล่งจ่ายไฟและตัวขับเคลื่อนมอเตอร์อัจฉริยะ

พาวเวอร์ซัพพลายพร้อมฟังก์ชันสวิตชิ่งความเร็วสูงพิเศษพร้อมการควบคุมความละเอียดสูงที่เสถียร การควบคุมเซอร์โวที่เชื่อถือได้และแม่นยำ ปัจจุบันผู้ผลิตหลายรายได้รวมโมดูลพลังงานโดยใช้วัสดุความถี่สูงซึ่งออกแบบได้ง่ายกว่ามาก

แหล่งจ่ายไฟแบบโหมดสวิตช์ทำงานในโทโพโลยีแหล่งจ่ายไฟแบบวงปิดที่ใช้คอนโทรลเลอร์ และสวิตช์ไฟที่ใช้กันทั่วไป 2 ตัวคือ MOSFET และ IGBTตัวขับเกตเป็นเรื่องปกติในระบบที่ใช้แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ที่ควบคุมแรงดันและกระแสบนเกตของสวิตช์เหล่านี้โดยการควบคุมสถานะเปิด/ปิด

ในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์และอินเวอร์เตอร์สามเฟส ไดรเวอร์ประตูอัจฉริยะประสิทธิภาพสูงต่างๆ ไดรเวอร์ที่มี FET ในตัว และไดรเวอร์ที่มีฟังก์ชันการควบคุมในตัว ปรากฏในกระแสข้อมูลที่ไม่สิ้นสุดการออกแบบแบบบูรณาการของ FET ในตัวและฟังก์ชันการสุ่มตัวอย่างปัจจุบันสามารถลดการใช้ส่วนประกอบภายนอกได้อย่างมาก การกำหนดค่าลอจิกของ PWM และเปิดใช้งาน ทรานซิสเตอร์บนและล่าง และอินพุตสัญญาณ Hall เพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบอย่างมาก ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้กระบวนการพัฒนาง่ายขึ้น แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานอีกด้วย

นอกจากนี้ IC ไดรเวอร์เซอร์โวยังเพิ่มระดับการบูรณาการสูงสุด และ IC ไดรเวอร์เซอร์โวที่บูรณาการอย่างสมบูรณ์สามารถลดเวลาในการพัฒนาลงได้อย่างมากเพื่อประสิทธิภาพไดนามิกที่ยอดเยี่ยมของระบบเซอร์โวการรวมพรีไดรเวอร์ การตรวจจับ วงจรป้องกัน และบริดจ์กำลังไว้ในแพ็คเกจเดียวจะช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวมและต้นทุนของระบบให้เหลือน้อยที่สุดรายการต่อไปนี้คือแผนภาพบล็อก IC ไดรเวอร์เซอร์โวแบบครบวงจรของ Trinamic (ADI) ฟังก์ชันการควบคุมทั้งหมดใช้งานในฮาร์ดแวร์, ADC ในตัว, อินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์ตำแหน่ง, ตัวแทรกตำแหน่งตำแหน่ง ทำงานได้อย่างสมบูรณ์และเหมาะสำหรับการใช้งานเซอร์โวต่างๆ

 

IC ไดรเวอร์เซอร์โวแบบครบวงจร, Trinamic (ADI)

สรุป

ในระบบเซอร์โวประสิทธิภาพสูง การประมวลผลสัญญาณควบคุมประสิทธิภาพสูง การตอบสนองการเหนี่ยวนำที่แม่นยำ แหล่งจ่ายไฟ และมอเตอร์ขับเคลื่อนอัจฉริยะ เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ การทำงานร่วมกันของอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูงช่วยให้หุ่นยนต์ควบคุมความเร็วและแรงบิดได้อย่างแม่นยำ ซึ่งตอบสนองทันทีระหว่างการเคลื่อนไหวแบบเรียลไทม์นอกจากประสิทธิภาพที่สูงขึ้นแล้ว การบูรณาการแต่ละโมดูลในระดับสูงยังช่วยลดต้นทุนและประสิทธิภาพการทำงานที่สูงขึ้นอีกด้วย