Ефективні сервосистеми в роботах

У індустрії робототехніки сервоприводи є звичайною темою.З прискореною зміною Industry 4.0 також було оновлено сервопривід робота.Поточна система роботів вимагає не тільки від системи приводу для керування більшою кількістю осей, але й для досягнення більш інтелектуальних функцій.

На кожному вузлі працює багатоосьовий промисловий робот, він повинен використовувати сили різної величини в трьох вимірах для виконання таких завдань, як обробка набору. Двигунив роботі єздатні забезпечувати змінну швидкість і крутний момент у точних точках, і контролер використовує їх для координації руху вздовж різних осей, забезпечуючи точне позиціонування.Після того, як робот завершить роботу, двигун зменшить крутний момент, повертаючи руку робота у вихідне положення.

Складається з високопродуктивної обробки керуючого сигналу, точного індуктивного зворотного зв’язку, джерел живлення та інтелектуальногомоторні приводи, ця високоефективна сервосистемазабезпечує складну майже миттєву відповідь, точне керування швидкістю та крутним моментом.

Високошвидкісне керування контуром сервоприводу в режимі реального часу — обробка керуючого сигналу та індуктивний зворотний зв’язок

Основа для реалізації високошвидкісного цифрового керування сервоконтуром у реальному часі невіддільна від модернізації процесу виробництва мікроелектроніки.Візьмемо як приклад найпоширеніший трифазний електродвигун-робот, трифазний інвертор ШІМ генерує високочастотні імпульсні форми напруги та виводить ці сигнали в трифазні обмотки двигуна в незалежних фазах.З трьох сигналів живлення зміни в навантаженні двигуна впливають на зворотний зв’язок по струму, який визначається, оцифровується та надсилається до цифрового процесора.Потім цифровий процесор виконує алгоритми високошвидкісної обробки сигналу для визначення виходу.

Тут потрібна не тільки висока продуктивність цифрового процесора, але й суворі вимоги до конструкції джерела живлення.Давайте спочатку розглянемо процесорну частину. Швидкість основного обчислення має відповідати швидкості автоматизованих оновлень, що більше не є проблемою.Деякі мікросхеми управління роботоюінтегруйте аналого-цифрові перетворювачі, лічильники множників визначення позиції/швидкості, генератори ШІМ тощо, необхідні для керування двигуном, із ядром процесора, що значно скорочує час вибірки циклу керування сервоприводом і реалізовано на одній мікросхемі. Він використовує автоматичне керування прискоренням і уповільненням, керування синхронізацією передач і цифрове керування компенсацією трьох контурів положення, швидкості та струму.

Алгоритми керування, такі як упередження швидкості, упередження прискорення, фільтрація низьких частот і фільтрація провисання, також реалізовані на одному чіпі.Вибір процесора тут повторюватися не буде. У попередніх статтях були проаналізовані різні додатки роботів, будь то недорогі додатки чи додатки з високими вимогами до програмування та алгоритмів. На ринку вже є багато варіантів. Переваги різні.

Не лише зворотний зв’язок по струму, але й інші дані, що використовуються, також надсилаються до контролера для відстеження змін напруги та температури системи. Зворотний зв’язок із визначенням струму та напруги з високою роздільною здатністю завжди був проблемоюуправління двигуном. Виявлення зворотного зв'язку від усіх шунтів/датчиків Холла/магнітні датчики в той же час, безсумнівно, найкращі, але це дуже вимогливо до дизайну, і обчислювальна потужність повинна не відставати.

У той же час, щоб уникнути втрати сигналу і перешкод, сигнал оцифровується біля краю датчика. Зі збільшенням частоти дискретизації виникає багато помилок даних, спричинених дрейфом сигналу. Конструкція повинна компенсувати ці зміни за допомогою індукції та коригування алгоритму.Це дозволяє сервосистемі залишатися стабільною за різних умов.

Надійний і точний сервопривід — джерело живлення та інтелектуальний двигун

Джерела живлення з надшвидкісними функціями перемикання зі стабільним контролем високої роздільної здатності, надійним і точним сервокеруванням. В даний час багато виробників інтегрують силові модулі з використанням високочастотних матеріалів, які набагато легше проектувати.

Імпульсні джерела живлення працюють у топології блоку живлення із замкнутим контуром на основі контролера, і два перемикачі живлення, які зазвичай використовуються, це силові MOSFET та IGBT.Драйвери воріт звичайні в системах, які використовують джерела живлення в режимі перемикання, які регулюють напругу та струм на ворітах цих перемикачів, керуючи станом ON/OFF.

У дизайні імпульсних джерел живлення та трифазних інверторів нескінченним потоком з’являються різні високопродуктивні драйвери розумних затворів, драйвери з вбудованими польовими транзисторами та драйвери з інтегрованими функціями керування.Інтегрована конструкція вбудованого польового транзистора та функція вибірки струму можуть значно скоротити використання зовнішніх компонентів. Логічна конфігурація ШІМ і включення, верхніх і нижніх транзисторів і входу сигналу Холла значно підвищує гнучкість конструкції, що не тільки спрощує процес розробки, але також покращує енергоефективність.

Інтегральні схеми драйверів сервоприводів також максимізують рівень інтеграції, а повністю інтегровані мікросхеми драйверів сервоприводів можуть значно скоротити час розробки для відмінних динамічних характеристик сервосистем.Інтеграція попереднього драйвера, датчиків, захисних схем і моста живлення в один пакет мінімізує загальне енергоспоживання та вартість системи.Тут перерахована блок-схема повністю інтегрованого драйвера сервоприводу Trinamic (ADI), усі функції керування реалізовані в апаратному забезпеченні, вбудований АЦП, інтерфейс датчика положення, інтерполятор положення, повністю функціональний і підходить для різноманітних додатків сервоприводу.

 

Повністю інтегрований сервопривід IC, Trinamic (ADI)

резюме

У високоефективній сервосистемі незамінними є високоефективна обробка керуючого сигналу, точний індукційний зворотний зв’язок, джерело живлення та інтелектуальний двигун. Взаємодія високопродуктивних пристроїв може забезпечити роботу точного контролю швидкості та крутного моменту, який миттєво реагує під час руху в режимі реального часу.На додаток до вищої продуктивності висока інтеграція кожного модуля також забезпечує нижчу вартість і вищу ефективність роботи.