Hatékony szervorendszerek robotokban

A robotikai iparban a szervohajtások mindennapos téma.Az Ipar 4.0 felgyorsult változásával a robot szervohajtása is megújult.A jelenlegi robotrendszer nemcsak több tengely vezérlését követeli meg a meghajtórendszertől, hanem intelligensebb funkciók elérését is.

Minden csomóponton egy többtengelyes ipari robot működésében, három dimenzióban különböző nagyságrendű erőket kell alkalmaznia olyan feladatok elvégzéséhez, mint például a halmazkezelés.A motorokrobotban vannakprecíz pontokon változtatható sebességet és nyomatékot tudnak biztosítani, a vezérlő pedig ezek segítségével koordinálja a mozgást különböző tengelyek mentén, lehetővé téve a precíz pozicionálást.Miután a robot befejezte a kezelési feladatot, a motor csökkenti a nyomatékot, miközben visszaállítja a robotkart a kiindulási helyzetébe.

Nagy teljesítményű vezérlőjel-feldolgozásból, precíz induktív visszacsatolásból, tápegységekből és intelligensből állmotoros hajtások, ez a nagy hatásfokú szervorendszerkifinomult, szinte azonnali reakciót biztosít, precíz fordulatszám- és nyomatékszabályozást biztosít.

Nagy sebességű, valós idejű szervohurok vezérlés – vezérlőjelfeldolgozás és induktív visszacsatolás

A szervohurok nagysebességű digitális, valós idejű vezérlésének megvalósításának alapja elválaszthatatlan a mikroelektronikai gyártási folyamat korszerűsítésétől.Példaként a legelterjedtebb háromfázisú elektromos működtetésű robotmotort véve egy PWM háromfázisú inverter nagyfrekvenciás impulzusos feszültséghullámokat generál, és ezeket a hullámformákat független fázisokban adja ki a motor háromfázisú tekercsébe.A három teljesítményjel közül a motorterhelés változásai befolyásolják az érzékelt, digitalizált és a digitális processzornak küldött áram visszacsatolást.A digitális processzor ezután nagy sebességű jelfeldolgozó algoritmusokat hajt végre a kimenet meghatározására.

Itt nemcsak a digitális processzor nagy teljesítményére van szükség, hanem a tápegységre is szigorú tervezési követelmények vonatkoznak.Nézzük először a processzor részét.Az alapvető számítási sebességnek lépést kell tartania az automatizált frissítések ütemével, ami már nem jelent problémát.Néhány működésvezérlő chipa motorvezérléshez szükséges A/D konvertereket, pozíció/sebességérzékelő szorzószámlálókat, PWM generátorokat stb. integrálni a processzormaggal, ami nagymértékben lerövidíti a szervo vezérlőkör mintavételi idejét és egyetlen chippel valósul meg.Automatikus gyorsítás- és lassítás-vezérlést, sebességfokozat-szinkronvezérlést és digitális kompenzációs vezérlést alkalmaz három pozíció, sebesség és áramkörhöz.

Az olyan vezérlő algoritmusok, mint a sebesség előrecsatolása, a gyorsulás előrecsatolása, az aluláteresztő szűrés és a leereszkedő szűrés szintén egyetlen chipen vannak megvalósítva.A processzor kiválasztása itt nem ismétlődik meg.Az előző cikkekben különféle robotalkalmazásokat elemeztünk, legyen szó olcsó alkalmazásról vagy magas programozási és algoritmusigényű alkalmazásról.Már most is sok választási lehetőség van a piacon.Az előnyök különbözőek.

Nem csak az áram visszacsatolása, hanem más érzékelt adatok is elküldésre kerülnek a vezérlőnek a rendszer feszültségének és hőmérsékletének változásainak nyomon követésére.A nagy felbontású áram- és feszültségérzékelő visszacsatolás mindig is kihívást jelentettmotorvezérlés.Visszajelzés észlelése az összes sönttől/Hall-érzékelőtőlA /magnetic sensors egyben kétségtelenül a legjobb, de ez nagyon megterhelő a tervezésben, és a számítási teljesítménynek is lépést kell tartania.

Ugyanakkor a jelvesztés és az interferencia elkerülése érdekében a jelet az érzékelő széle közelében digitalizálják.A mintavételezési sebesség növekedésével számos adathibát okoz a jeleltolódás.A tervezésnek kompenzálnia kell ezeket a változásokat indukcióval és algoritmus-beállítással.Ez lehetővé teszi, hogy a szervorendszer stabil maradjon különféle körülmények között.

Megbízható és precíz szervohajtás – tápegység és intelligens motorhajtás

Tápegységek ultra-nagy sebességű kapcsolási funkciókkal, stabil, nagy felbontású vezérléssel, megbízható és pontos szervovezérléssel.Jelenleg sok gyártó integrált nagyfrekvenciás anyagokat használó tápmodulokat, amelyeket sokkal könnyebb megtervezni.

A kapcsolóüzemű tápegységek vezérlő alapú zárt hurkú tápegység topológiában működnek, és két gyakran használt tápkapcsoló a teljesítmény MOSFET és az IGBT.A kapumeghajtók gyakoriak azokban a rendszerekben, amelyek kapcsolóüzemű tápegységeket alkalmaznak, amelyek a BE/KI állapot vezérlésével szabályozzák a kapcsolók kapuin lévő feszültséget és áramot.

A kapcsolóüzemű tápegységek és a háromfázisú inverterek tervezésében végtelen folyamban jelennek meg a különféle nagy teljesítményű intelligens kapu-meghajtók, a beépített FET-ekkel rendelkező meghajtók és az integrált vezérlőfunkciókkal rendelkező meghajtók.A beépített FET és az árammintavételi funkció integrált kialakítása nagymértékben csökkentheti a külső komponensek használatát.A PWM és engedélyezés logikai konfigurációja, a felső és alsó tranzisztorok, valamint a Hall jelbemenet nagymértékben növeli a tervezés rugalmasságát, ami nemcsak leegyszerűsíti a fejlesztési folyamatot, hanem javítja az energiahatékonyságot is.

A szervo meghajtó IC-k az integráció szintjét is maximalizálják, és a teljesen integrált szervomeghajtó IC-k nagymértékben lerövidíthetik a fejlesztési időt a szervorendszerek kiváló dinamikus teljesítménye érdekében.Az elő-illesztőprogram, az érzékelő, a védelmi áramkörök és a táphíd egy csomagba történő integrálása minimalizálja a teljes energiafogyasztást és a rendszerköltséget.Itt található a Trinamic (ADI) teljesen integrált szervo meghajtó IC blokkvázlata, az összes vezérlési funkció hardverben van megvalósítva, integrált ADC, helyzetérzékelő interfész, helyzetinterpolátor, teljesen működőképes és alkalmas különféle szervó alkalmazásokhoz.

 

Teljesen integrált szervo meghajtó IC, Trinamic (ADI)

összefoglaló

Egy nagy hatásfokú szervorendszerben nélkülözhetetlen a nagy teljesítményű vezérlőjel-feldolgozás, a precíz indukciós visszacsatolás, a tápegység és az intelligens motorhajtás.A nagy teljesítményű eszközök együttműködése pontos sebesség- és nyomatékszabályozást biztosíthat a robot számára, amely azonnal, valós időben reagál mozgás közben.A nagyobb teljesítmény mellett az egyes modulok magas szintű integrációja alacsonyabb költségeket és nagyobb munkahatékonyságot is biztosít.