Effektive servosystemer i roboter

I robotindustrien er servodrev et vanlig tema.Med den akselererte endringen av Industry 4.0 har også servodriften til roboten blitt oppgradert.Det nåværende robotsystemet krever ikke bare at drivsystemet kontrollerer flere akser, men også for å oppnå mer intelligente funksjoner.

Ved hver node i driften av en flerakset industrirobot, må den bruke krefter av ulik størrelse i tre dimensjoner for å fullføre oppgaver som setthåndtering.Motorenei robot eri stand til å gi variabel hastighet og dreiemoment på nøyaktige punkter, og kontrolleren bruker dem til å koordinere bevegelse langs forskjellige akser, noe som muliggjør presis posisjonering.Etter at roboten har fullført håndteringsoppgaven, reduserer motoren dreiemomentet mens robotarmen returnerer til utgangsposisjonen.

Sammensatt av høyytelses kontrollsignalbehandling, presis induktiv tilbakemelding, strømforsyninger og intelligentmotordrifter, dette høyeffektive servosystemetgir sofistikert nesten øyeblikkelig respons nøyaktig hastighet og dreiemomentkontroll.

Høyhastighets servosløyfekontroll i sanntid – kontrollsignalbehandling og induktiv tilbakemelding

Grunnlaget for å realisere høyhastighets digital sanntidskontroll av servosløyfe er uatskillelig fra oppgraderingen av produksjonsprosessen for mikroelektronikk.For å ta den vanligste trefase elektriske robotmotoren som et eksempel, genererer en PWM trefase inverter høyfrekvente pulserende spenningsbølgeformer og sender disse bølgeformene inn i trefaseviklingene til motoren i uavhengige faser.Av de tre effektsignalene påvirker endringer i motorbelastningen strømtilbakemeldingen som registreres, digitaliseres og sendes til den digitale prosessoren.Den digitale prosessoren utfører deretter høyhastighets signalbehandlingsalgoritmer for å bestemme utgangen.

Her kreves ikke bare den høye ytelsen til den digitale prosessoren, men det er også strenge designkrav til strømforsyningen.La oss først se på prosessordelen.Kjernedatahastigheten må holde tritt med tempoet til automatiserte oppgraderinger, noe som ikke lenger er et problem.Noen operasjonskontrollbrikkerintegrere A/D-omformere, multiplikatortellere for posisjons-/hastighetsdeteksjon, PWM-generatorer, etc. nødvendig for motorstyring med prosessorkjernen, noe som i stor grad forkorter samplingstiden til servokontrollsløyfen og realiseres av en enkelt brikke.Den tar i bruk automatisk akselerasjons- og retardasjonskontroll, girsynkroniseringskontroll og digital kompensasjonskontroll av tre sløyfer med posisjon, hastighet og strøm.

Kontrollalgoritmer som hastighetsfremkobling, akselerasjonsfremkobling, lavpassfiltrering og sagfiltrering er også implementert på en enkelt brikke.Valget av prosessor vil ikke bli gjentatt her.I de tidligere artiklene har ulike robotapplikasjoner blitt analysert, enten det er en lavkostapplikasjon eller en applikasjon med høye krav til programmering og algoritmer.Det er allerede mange valg på markedet.Fordelene forskjellige.

Ikke bare strømtilbakemelding, men andre registrerte data sendes også til kontrolleren for å spore endringer i systemspenning og temperatur.Høyoppløselig strøm- og spenningsfølende tilbakemelding har alltid vært en utfordring iMotor kontroll.Registrerer tilbakemelding fra alle shunter/Hall-sensorer/magnetiske sensorer samtidig er utvilsomt det beste, men dette er svært krevende for designet, og datakraften må følge med.

Samtidig, for å unngå signaltap og interferens, digitaliseres signalet nær kanten av sensoren.Når samplingshastigheten øker, er det mange datafeil forårsaket av signaldrift.Designet må kompensere for disse endringene gjennom induksjon og algoritmejustering.Dette gjør at servosystemet forblir stabilt under ulike forhold.

Pålitelig og presis servodrift – strømforsyning og intelligent motordrift

Strømforsyninger med ultra-høyhastighets svitsjefunksjoner med stabil høyoppløsningskontroll gir pålitelig og nøyaktig servokontroll.For tiden har mange produsenter integrerte strømmoduler som bruker høyfrekvente materialer, som er mye lettere å designe.

Switch-mode strømforsyninger opererer i en kontrollerbasert lukket-sløyfe strømforsyningstopologi, og to vanlig brukte strømbrytere er strøm-MOSFET-er og IGBT-er.Portdrivere er vanlige i systemer som bruker brytermodusstrømforsyninger som regulerer spenning og strøm på portene til disse bryterne ved å kontrollere PÅ/AV-tilstanden.

I utformingen av brytermodus-strømforsyninger og trefase-omformere dukker ulike høyytelses smart gate-drivere, drivere med innebygde FET-er og drivere med integrerte kontrollfunksjoner opp i en endeløs strøm.Den integrerte utformingen av innebygd FET og strømsamplingsfunksjon kan i stor grad redusere bruken av eksterne komponenter.Den logiske konfigurasjonen av PWM og aktivering, øvre og nedre transistorer, og Hall-signalinngang øker fleksibiliteten til design, som ikke bare forenkler utviklingsprosessen, men også forbedrer strømeffektiviteten.

Servodriver-ICer maksimerer også integrasjonsnivået, og fullt integrerte servodriver-ICer kan i stor grad forkorte utviklingstiden for utmerket dynamisk ytelse av servosystemer.Å integrere pre-driver, sensing, beskyttelseskretser og strømbro i én pakke minimerer det totale strømforbruket og systemkostnadene.Listet her er Trinamic (ADI) sitt fullt integrerte servodriver IC-blokkdiagram, alle kontrollfunksjoner er implementert i maskinvare, integrert ADC, posisjonssensorgrensesnitt, posisjonsinterpolator, fullt funksjonell og egnet for ulike servoapplikasjoner.

 

Fullt integrert servodriver-IC, Trinamic (ADI)

sammendrag

I et høyeffektivt servosystem er høyytelses kontrollsignalbehandling, presis induksjonstilbakemelding, strømforsyning og intelligent motordrift uunnværlig.Samarbeidet med høyytelsesenheter kan gi roboten nøyaktig hastighet og dreiemomentkontroll som reagerer øyeblikkelig under bevegelse i sanntid.I tillegg til høyere ytelse gir den høye integreringen av hver modul også lavere kostnader og høyere arbeidseffektivitet.