Učinkoviti servo sustavi u robotima

U industriji robotike servo pogoni su uobičajena tema.Ubrzanom promjenom Industrije 4.0 unaprijeđen je i servo pogon robota.Trenutačni robotski sustav ne zahtijeva samo pogonski sustav za kontrolu više osi, već i za postizanje inteligentnijih funkcija.

Na svakom čvoru u radu višeosnog industrijskog robota, mora koristiti sile različitih veličina u tri dimenzije kako bi dovršio zadatke kao što je rukovanje setom.Motoriu robotu sumogu pružiti promjenjivu brzinu i okretni moment u preciznim točkama, a kontroler ih koristi za koordiniranje kretanja duž različitih osi, omogućujući precizno pozicioniranje.Nakon što robot dovrši zadatak rukovanja, motor smanjuje moment dok vraća robotsku ruku u početni položaj.

Sastoji se od obrade upravljačkih signala visokih performansi, precizne induktivne povratne sprege, izvora napajanja i inteligentnogmotorni pogoni, ovaj visokoučinkoviti servo sustavpruža sofisticiranu gotovo trenutnu reakciju, preciznu kontrolu brzine i momenta.

Brza kontrola servo petlje u stvarnom vremenu—obrada upravljačkog signala i induktivna povratna sprega

Osnova za realizaciju brze digitalne kontrole servo petlje u stvarnom vremenu neodvojiva je od nadogradnje procesa proizvodnje mikroelektronike.Uzimajući najčešći trofazni električni robotski motor kao primjer, PWM trofazni pretvarač generira valne oblike visokofrekventnog impulsnog napona i šalje te valne oblike u trofazne namote motora u neovisnim fazama.Od tri signala snage, promjene u opterećenju motora utječu na strujnu povratnu informaciju koja se očitava, digitalizira i šalje digitalnom procesoru.Digitalni procesor tada izvodi algoritme za obradu signala velike brzine kako bi odredio izlaz.

Ovdje nisu potrebne samo visoke performanse digitalnog procesora, već postoje i strogi zahtjevi za dizajn napajanja.Pogledajmo prvo procesorski dio.Brzina jezgrenog računala mora pratiti tempo automatiziranih nadogradnji, što više nije problem.Neki čipovi za kontrolu radaintegrirati A/D pretvarače, brojače množitelja detekcije položaja/brzine, PWM generatore, itd. potrebne za kontrolu motora s procesorskom jezgrom, što uvelike skraćuje vrijeme uzorkovanja servo upravljačke petlje i realizirano je jednim čipom.Usvaja automatsku kontrolu ubrzanja i usporavanja, kontrolu sinkronizacije zupčanika i kontrolu digitalne kompenzacije triju petlji položaja, brzine i struje.

Kontrolni algoritmi kao što su unaprijedna brzina, ubrzanje, niskopropusno filtriranje i sag filtriranje također su implementirani na jednom čipu.Odabir procesora ovdje se neće ponavljati.U prethodnim člancima analizirane su različite aplikacije robota, bilo da se radi o jeftinoj aplikaciji ili aplikaciji s visokim zahtjevima za programiranje i algoritme.Na tržištu već postoji mnogo izbora.Prednosti različite.

Ne samo trenutna povratna informacija, već i drugi osjetilni podaci također se šalju kontroleru kako bi se pratile promjene u naponu i temperaturi sustava.Povratne informacije o struji i naponu visoke rezolucije uvijek su bile izazovupravljanje motorom.Detektiranje povratne informacije od svih shuntova/Hall senzora/magnetski senzori su u isto vrijeme nedvojbeno najbolji, ali ovo je vrlo zahtjevno za dizajn, a računalna snaga treba ga pratiti.

U isto vrijeme, kako bi se izbjegao gubitak signala i smetnje, signal se digitalizira blizu ruba senzora.Kako se brzina uzorkovanja povećava, pojavljuju se mnoge pogreške u podacima uzrokovane pomicanjem signala.Dizajn treba kompenzirati te promjene kroz indukciju i prilagodbu algoritma.To omogućuje da servo sustav ostane stabilan u različitim uvjetima.

Pouzdan i precizan servo pogon—napajanje i inteligentni motorni pogon

Napajanja s ultra-brzim funkcijama prebacivanja sa stabilnom visokom rezolucijom, pouzdanom i preciznom servo kontrolom.Trenutačno mnogi proizvođači imaju integrirane energetske module koristeći visokofrekventne materijale, koje je mnogo lakše dizajnirati.

Napajanja s prekidačem rade u topologiji napajanja zatvorene petlje koja se temelji na upravljaču, a dva najčešće korištena prekidača napajanja su MOSFET i IGBT.Pokretački programi vrata su uobičajeni u sustavima koji koriste prekidačke izvore napajanja koji reguliraju napon i struju na vratima ovih prekidača kontrolirajući stanje ON/OFF.

U dizajnu prekidačkih izvora napajanja i trofaznih pretvarača, različiti pokretači pametnih vrata visokih performansi, pogoni s ugrađenim FET-ovima i pogoni s integriranim funkcijama upravljanja pojavljuju se u beskrajnom nizu.Integrirani dizajn ugrađenog FET-a i funkcije uzorkovanja struje mogu uvelike smanjiti upotrebu vanjskih komponenti.Logička konfiguracija PWM i enable, gornjeg i donjeg tranzistora, te ulaz Hall signala uvelike povećava fleksibilnost dizajna, što ne samo da pojednostavljuje razvojni proces, već također poboljšava energetsku učinkovitost.

IC-ovi servo pogona također povećavaju razinu integracije, a potpuno integrirani IC-ovi servo pogona mogu uvelike skratiti vrijeme razvoja za izvrsne dinamičke performanse servo sustava.Integracija predpokretača, osjetnika, zaštitnih krugova i strujnog mosta u jedan paket smanjuje ukupnu potrošnju energije i troškove sustava.Ovdje je naveden Trinamic (ADI) potpuno integrirani IC blok dijagram servo drajvera, sve kontrolne funkcije implementirane su u hardver, integrirani ADC, sučelje senzora položaja, interpolator položaja, potpuno funkcionalan i prikladan za razne servo aplikacije.

 

Potpuno integrirani servo drajver IC, Trinamic (ADI)

Sažetak

U visokoučinkovitom servo sustavu neophodna je obrada upravljačkog signala visokih performansi, precizna indukcijska povratna sprega, napajanje i inteligentni motorni pogon.Suradnja uređaja visokih performansi može omogućiti robotu točnu kontrolu brzine i momenta koji trenutno reagira tijekom kretanja u stvarnom vremenu.Uz veće performanse, visoka integracija svakog modula također osigurava niže troškove i veću radnu učinkovitost.