Hệ thống servo hiệu quả trong robot

Trong ngành công nghiệp robot, truyền động servo là một chủ đề phổ biến.Với sự thay đổi nhanh chóng của Công nghiệp 4.0, bộ truyền động servo của robot cũng được nâng cấp.Hệ thống robot hiện nay không chỉ yêu cầu hệ thống truyền động điều khiển nhiều trục hơn mà còn phải đạt được nhiều chức năng thông minh hơn.

Tại mỗi nút trong hoạt động của robot công nghiệp đa trục, nó phải sử dụng các lực có độ lớn khác nhau trong ba chiều để hoàn thành các nhiệm vụ như xử lý tập hợp. Động cơtrong robot làcó thể cung cấp tốc độ và mô-men xoắn thay đổi tại các điểm chính xác và bộ điều khiển sử dụng chúng để điều phối chuyển động dọc theo các trục khác nhau, cho phép định vị chính xác.Sau khi robot hoàn thành nhiệm vụ xử lý, động cơ sẽ giảm mô-men xoắn trong khi đưa cánh tay robot về vị trí ban đầu.

Bao gồm xử lý tín hiệu điều khiển hiệu suất cao, phản hồi cảm ứng chính xác, nguồn điện và thông minhổ đĩa động cơ, hệ thống servo hiệu suất cao nàycung cấp khả năng kiểm soát mô-men xoắn và tốc độ chính xác gần như tức thời.

Điều khiển vòng lặp servo thời gian thực tốc độ cao—xử lý tín hiệu điều khiển và phản hồi cảm ứng

Cơ sở để thực hiện điều khiển vòng lặp servo theo thời gian thực kỹ thuật số tốc độ cao không thể tách rời khỏi việc nâng cấp quy trình sản xuất vi điện tử.Lấy động cơ robot vận hành bằng điện ba pha phổ biến nhất làm ví dụ, bộ biến tần ba phaPWM tạo ra dạng sóng điện áp xung tần số cao và đưa các dạng sóng này vào cuộn dây ba pha của động cơ theo các pha độc lập.Trong ba tín hiệu nguồn, những thay đổi về tải động cơ ảnh hưởng đến phản hồi hiện tại được cảm nhận, số hóa và gửi đến bộ xử lý kỹ thuật số.Bộ xử lý kỹ thuật số sau đó thực hiện các thuật toán xử lý tín hiệu tốc độ cao để xác định đầu ra.

Ở đây không chỉ yêu cầu hiệu suất cao của bộ xử lý kỹ thuật số mà còn có những yêu cầu nghiêm ngặt về thiết kế đối với nguồn điện.Trước tiên hãy nhìn vào phần bộ xử lý. Tốc độ tính toán lõi phải theo kịp tốc độ nâng cấp tự động, điều này không còn là vấn đề nữa.Một số chip điều khiển hoạt độngtích hợp bộ chuyển đổi A/D, bộ đếm hệ số nhân phát hiện vị trí/tốc độ, bộ tạo tín hiệu xung, v.v. cần thiết cho việc điều khiển động cơ bằng lõi bộ xử lý, giúp rút ngắn đáng kể thời gian lấy mẫu của vòng điều khiển servo và được thực hiện bằng một chip duy nhất. Nó áp dụng điều khiển tăng tốc và giảm tốc tự động, điều khiển đồng bộ hóa bánh răng và điều khiển bù kỹ thuật số của ba vòng vị trí, tốc độ và dòng điện.

Các thuật toán điều khiển như tốc độ tiến, tốc độ tiến, lọc thông thấp và lọc võng cũng được triển khai trên một chip đơn.Việc lựa chọn bộ xử lý sẽ không được lặp lại ở đây. Trong các bài viết trước, nhiều ứng dụng robot khác nhau đã được phân tích, cho dù đó là ứng dụng chi phí thấp hay ứng dụng có yêu cầu cao về lập trình và thuật toán. Hiện đã có rất nhiều sự lựa chọn trên thị trường. Ưu điểm khác nhau.

Không chỉ phản hồi hiện tại mà các dữ liệu cảm nhận khác cũng được gửi đến bộ điều khiển để theo dõi những thay đổi về điện áp và nhiệt độ của hệ thống. Phản hồi cảm biến dòng điện và điện áp có độ phân giải cao luôn là một thách thức trongđiều khiển động cơ. Phát hiện phản hồi từ tất cả các cảm biến shunt/Hall/cảm biến từ tính cùng lúc chắc chắn là tốt nhất, nhưng điều này đòi hỏi rất cao về thiết kế và sức mạnh tính toán cần phải theo kịp.

Đồng thời, để tránh tình trạng mất và nhiễu tín hiệu, tín hiệu được số hóa ở gần mép cảm biến. Khi tốc độ lấy mẫu tăng lên, có nhiều lỗi dữ liệu do tín hiệu bị lệch. Thiết kế cần bù đắp cho những thay đổi này thông qua việc điều chỉnh cảm ứng và thuật toán.Điều này cho phép hệ thống servo duy trì ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.

Bộ truyền động servo đáng tin cậy và chính xác—nguồn điện và bộ truyền động động cơ thông minh

Bộ nguồn có chức năng chuyển đổi tốc độ cực cao với nguồn điện điều khiển ổn định có độ phân giải cao, điều khiển servo chính xác và đáng tin cậy. Hiện nay, nhiều nhà sản xuất đã tích hợp các mô-đun nguồn sử dụng vật liệu tần số cao, dễ thiết kế hơn nhiều.

Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch hoạt động theo cấu trúc liên kết nguồn vòng kín dựa trên bộ điều khiển và hai công tắc nguồn thường được sử dụng là MOSFET nguồn và IGBT.Trình điều khiển cổng rất phổ biến trong các hệ thống sử dụng nguồn điện ở chế độ chuyển mạch để điều chỉnh điện áp và dòng điện trên cổng của các công tắc này bằng cách điều khiển trạng thái BẬT/TẮT.

Trong thiết kế bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch và bộ biến tần ba pha, nhiều trình điều khiển cổng thông minh hiệu suất cao, trình điều khiển có FET tích hợp và trình điều khiển có chức năng điều khiển tích hợp xuất hiện thành một dòng vô tận.Thiết kế tích hợp của FET tích hợp và chức năng lấy mẫu hiện tại có thể làm giảm đáng kể việc sử dụng các thành phần bên ngoài. Cấu hình logic củaPWM và kích hoạt, bóng bán dẫn trên và dưới cũng như đầu vào tín hiệu Hall làm tăng đáng kể tính linh hoạt của thiết kế, điều này không chỉ đơn giản hóa quá trình phát triển mà còn cải thiện Hiệu suất năng lượng.

IC điều khiển servo cũng tối đa hóa mức độ tích hợp và IC điều khiển servo được tích hợp đầy đủ có thể rút ngắn đáng kể thời gian phát triển để có hiệu suất động vượt trội của hệ thống servo.Việc tích hợp mạch tiền điều khiển, cảm biến, bảo vệ và cầu nguồn vào một gói giúp giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng tổng thể và chi phí hệ thống.Dưới đây là sơ đồ khối IC điều khiển servo tích hợp đầy đủ của Trinamic (ADI), tất cả các chức năng điều khiển được triển khai trong phần cứng, ADC tích hợp, giao diện cảm biến vị trí, bộ nội suy vị trí, đầy đủ chức năng và phù hợp với nhiều ứng dụng servo khác nhau.

 

IC điều khiển servo tích hợp đầy đủ, Trinamic (ADI)

bản tóm tắt

Trong hệ thống servo hiệu suất cao, việc xử lý tín hiệu điều khiển hiệu suất cao, phản hồi cảm ứng chính xác, nguồn điện và truyền động động cơ thông minh là không thể thiếu. Sự hợp tác của các thiết bị hiệu suất cao có thể cung cấp cho robot khả năng kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn chính xác, phản ứng tức thời trong quá trình chuyển động theo thời gian thực.Ngoài hiệu suất cao hơn, khả năng tích hợp cao của từng mô-đun còn mang lại chi phí thấp hơn và hiệu quả công việc cao hơn.