Efektīvas servosistēmas robotos

Robotikas nozarē servopiedziņas ir izplatīta tēma.Līdz ar paātrināto Industry 4.0 maiņu ir uzlabota arī robota servo piedziņa.Pašreizējā robotu sistēma ne tikai prasa, lai piedziņas sistēma vadītu vairāk asu, bet arī lai sasniegtu viedākas funkcijas.

Katrā mezglā vairāku asu industriālā robota darbībā, tai ir jāizmanto dažāda lieluma spēki trīs dimensijās, lai veiktu tādus uzdevumus kā komplekta apstrāde.Motorirobotā irspēj nodrošināt mainīgu ātrumu un griezes momentu precīzos punktos, un kontrolieris tos izmanto, lai koordinētu kustību pa dažādām asīm, nodrošinot precīzu pozicionēšanu.Pēc tam, kad robots ir pabeidzis apstrādes uzdevumu, motors samazina griezes momentu, vienlaikus atgriežot robotizēto roku sākotnējā stāvoklī.

Sastāv no augstas veiktspējas vadības signālu apstrādes, precīzas induktīvās atgriezeniskās saites, barošanas avota un viedasmotora piedziņas, šī augstas efektivitātes servo sistēmanodrošina izsmalcinātu gandrīz momentānu reakciju, precīzu ātruma un griezes momenta kontroli.

Ātrgaitas reāllaika servo cilpas vadība — vadības signāla apstrāde un induktīvā atgriezeniskā saite

Servo cilpas ātrgaitas digitālās reāllaika vadības realizācijas pamats nav atdalāms no mikroelektronikas ražošanas procesa modernizācijas.Kā piemēru ņemot visizplatītāko trīsfāzu elektriski darbināmo robotu motoru, PWM trīsfāzu invertors ģenerē augstfrekvences impulsu sprieguma viļņu formas un izvada šīs viļņu formas motora trīsfāzu tinumos neatkarīgās fāzēs.No trim jaudas signāliem motora slodzes izmaiņas ietekmē pašreizējo atgriezenisko saiti, kas tiek uztverta, digitalizēta un nosūtīta uz digitālo procesoru.Pēc tam digitālais procesors veic ātrgaitas signālu apstrādes algoritmus, lai noteiktu izvadi.

Šeit ir nepieciešama ne tikai augstā digitālā procesora veiktspēja, bet arī stingras konstrukcijas prasības barošanas avotam.Vispirms apskatīsim procesora daļu.Pamata skaitļošanas ātrumam ir jāatbilst automatizēto jauninājumu tempam, kas vairs nav problēma.Dažas darbības vadības mikroshēmasar procesora kodolu integrēt motora vadībai nepieciešamos A/D pārveidotājus, pozīcijas/ātruma noteikšanas reizinātāju skaitītājus, PWM ģeneratorus u.c., kas ievērojami saīsina servo vadības cilpas iztveršanas laiku un tiek realizēts ar vienu mikroshēmu.Tas izmanto automātisku paātrinājuma un palēninājuma vadību, pārnesumu sinhronizācijas vadību un digitālās kompensācijas vadību trīs pozīcijas, ātruma un strāvas cilpām.

Vienā mikroshēmā ir ieviesti arī vadības algoritmi, piemēram, ātruma uz priekšu, paātrinājuma uz priekšu, zemas caurlaidības filtrēšana un nobīdes filtrēšana.Procesora izvēle šeit netiks atkārtota.Iepriekšējos rakstos ir analizētas dažādas robotu lietojumprogrammas neatkarīgi no tā, vai tā ir zemu izmaksu aplikācija vai lietojumprogramma ar augstām programmēšanas un algoritmu prasībām.Tirgū jau ir daudz izvēles iespēju.Priekšrocības atšķiras.

Kontrolierim tiek nosūtīta ne tikai pašreizējā atgriezeniskā saite, bet arī citi uztvertie dati, lai izsekotu sistēmas sprieguma un temperatūras izmaiņām.Augstas izšķirtspējas strāvas un sprieguma sensora atgriezeniskā saite vienmēr ir bijusi izaicinājumsmotora vadība.Notiek atgriezeniskā saite no visiem šuntiem/zāles sensoriem/magnetic sensors tajā pašā laikā neapšaubāmi ir labākais, taču tas ir ļoti prasīgs dizains, un skaitļošanas jaudai ir jāatbilst.

Tajā pašā laikā, lai izvairītos no signāla zudumiem un traucējumiem, signāls tiek digitalizēts netālu no sensora malas.Palielinoties paraugu ņemšanas ātrumam, signāla novirzes dēļ rodas daudzas datu kļūdas.Dizainam ir jākompensē šīs izmaiņas, izmantojot indukciju un algoritma pielāgošanu.Tas ļauj servo sistēmai palikt stabilai dažādos apstākļos.

Uzticama un precīza servo piedziņa — barošanas avots un inteliģenta motora piedziņa

Barošanas avoti ar īpaši ātrdarbīgām pārslēgšanas funkcijām ar stabilu augstas izšķirtspējas vadības jaudu, uzticamu un precīzu servo vadību.Pašlaik daudzi ražotāji ir integrējuši jaudas moduļus, izmantojot augstfrekvences materiālus, kurus ir daudz vieglāk projektēt.

Slēdžu režīma barošanas avoti darbojas uz kontrolleri balstītā slēgtā cikla barošanas avota topoloģijā, un divi parasti izmantotie barošanas slēdži ir jaudas MOSFET un IGBT.Vārtu draiveri ir izplatīti sistēmās, kurās tiek izmantoti slēdžu režīma barošanas avoti, kas regulē spriegumu un strāvu uz šo slēdžu vārtiem, kontrolējot IESLĒGTS/IZSLĒGTS stāvokli.

Slēdžu režīma barošanas bloku un trīsfāzu invertoru dizainā bezgalīgā plūsmā parādās dažādi augstas veiktspējas viedvārtu draiveri, draiveri ar iebūvētiem FET un draiveri ar integrētām vadības funkcijām.Iebūvētā FET un strāvas paraugu ņemšanas funkcijas integrētā konstrukcija var ievērojami samazināt ārējo komponentu izmantošanu.PWM un iespējošanas, augšējo un apakšējo tranzistoru un Hall signāla ievades loģiskā konfigurācija ievērojami palielina dizaina elastību, kas ne tikai vienkāršo izstrādes procesu, bet arī uzlabo enerģijas efektivitāti.

Servo draiveru IC arī palielina integrācijas līmeni, un pilnībā integrēti servo draiveru IC var ievērojami saīsināt izstrādes laiku, lai nodrošinātu izcilu servo sistēmu dinamisku veiktspēju.Iepriekšējās draivera, sensoru, aizsardzības ķēžu un strāvas tilta integrēšana vienā paketē samazina kopējo enerģijas patēriņu un sistēmas izmaksas.Šeit ir uzskaitīta Trinamic (ADI) pilnībā integrētā servo draivera IC blokshēma, visas vadības funkcijas ir ieviestas aparatūrā, integrēts ADC, pozīcijas sensora interfeiss, pozīcijas interpolators, pilnībā funkcionāls un piemērots dažādām servo lietojumprogrammām.

 

Pilnībā integrēts servo draivera IC, Trinamic (ADI)

kopsavilkums

Augstas efektivitātes servo sistēmā ir nepieciešama augstas veiktspējas vadības signālu apstrāde, precīza indukcijas atgriezeniskā saite, barošanas avots un inteliģenta motora piedziņa.Augstas veiktspējas ierīču sadarbība var nodrošināt robotam precīzu ātruma un griezes momenta kontroli, kas kustības laikā reaģē uzreiz reāllaikā.Papildus augstākai veiktspējai katra moduļa augstā integrācija nodrošina arī zemākas izmaksas un augstāku darba efektivitāti.