מערכות סרוו יעילות ברובוטים

בתעשיית הרובוטיקה, כונני סרוו הם נושא נפוץ.עם השינוי המואץ של Industry 4.0, גם כונן הסרוו של הרובוט שודרג.מערכת הרובוט הנוכחית לא רק דורשת ממערכת ההנעה לשלוט בצירים נוספים, אלא גם להשיג פונקציות חכמות יותר.

בכל צומת בפעולת רובוט תעשייתי רב צירי, עליו להשתמש בכוחות בסדרי גודל שונים בתלת מימד כדי להשלים משימות כמו טיפול בסט.המנועיםברובוט הםמסוגל לספק מהירות ומומנט משתנים בנקודות מדויקות, והבקר משתמש בהם כדי לתאם תנועה לאורך צירים שונים, מה שמאפשר מיקום מדויק.לאחר שהרובוט מסיים את משימת הטיפול, המנוע מפחית את המומנט תוך החזרת הזרוע הרובוטית למצבה ההתחלתי.

מורכב מעיבוד אותות בקרה בעל ביצועים גבוהים, משוב אינדוקטיבי מדויק, ספקי כוח וחכםכונני מנוע, מערכת סרוו יעילה זומספקת תגובה כמעט מיידית מתוחכמת בקרת מהירות ומומנט מדויקת.

בקרת לולאת סרוו בזמן אמת במהירות גבוהה - עיבוד אותות בקרה ומשוב אינדוקטיבי

הבסיס למימוש שליטה דיגיטלית בזמן אמת במהירות גבוהה של לולאת סרוו אינו נפרד מהשדרוג של תהליך ייצור המיקרו-אלקטרוניקה.אם ניקח לדוגמה את מנוע הרובוט התלת פאזי הנפוץ ביותר המופעל חשמלי, מהפך תלת פאזי PWM מייצר צורות גל של מתח פולס בתדר גבוה ומוציא את צורות הגל הללו לתוך הפיתולים התלת פאזיים של המנוע בשלבים בלתי תלויים.מבין שלושת אותות הכוח, שינויים בעומס המנוע משפיעים על המשוב הנוכחי שנחוש, עובר דיגיטציה ונשלח למעבד הדיגיטלי.לאחר מכן המעבד הדיגיטלי מבצע אלגוריתמים לעיבוד אותות במהירות גבוהה כדי לקבוע את הפלט.

לא רק הביצועים הגבוהים של המעבד הדיגיטלי נדרשים כאן, אלא יש גם דרישות עיצוב קפדניות לאספקת החשמל.בואו נסתכל תחילה על חלק המעבד.מהירות המחשוב הליבה חייבת לעמוד בקצב השדרוגים האוטומטיים, וזה כבר לא בעיה.כמה שבבי בקרת פעולהלשלב ממירי A/D, מוני מכפילי זיהוי מיקום/מהירות, מחוללי PWM וכו' הנחוצים לשליטה במנוע עם ליבת המעבד, מה שמקצר מאוד את זמן הדגימה של לולאת בקרת הסרוו ומתממש על ידי שבב בודד.הוא מאמץ בקרת האצה והאטה אוטומטית, בקרת סנכרון הילוכים ובקרת פיצוי דיגיטלית של שלוש לולאות של מיקום, מהירות וזרם.

אלגוריתמי בקרה כגון מהירות הזנה קדימה, הזנת תאוצה, סינון במעבר נמוך וסינון צניחת מיושמים גם הם בשבב בודד.בחירת המעבד לא תחזור כאן.במאמרים הקודמים נותחו יישומי רובוט שונים, בין אם מדובר באפליקציה בעלות נמוכה ובין אם מדובר באפליקציה עם דרישות גבוהות לתכנות ואלגוריתמים.יש כבר הרבה אפשרויות בשוק.היתרונות שונים.

לא רק משוב זרם, אלא גם נתוני חישה אחרים נשלחים לבקר כדי לעקוב אחר שינויים במתח ובטמפרטורה של המערכת.משוב חישת זרם ומתח ברזולוציה גבוהה תמיד היווה אתגרשליטה מוטורית.זיהוי משוב מכל השאנטים/חיישני הולחיישנים מגנטיים בו זמנית הם ללא ספק הטובים ביותר, אבל זה מאוד תובעני מהעיצוב, וכוח המחשוב צריך לעמוד בקצב.

במקביל, על מנת למנוע אובדן אות והפרעות, האות עובר דיגיטציה בסמוך לקצה החיישן.ככל שקצב הדגימה עולה, ישנן שגיאות נתונים רבות הנגרמות על ידי סחיפה של אותות.התכנון צריך לפצות על השינויים הללו באמצעות אינדוקציה והתאמת אלגוריתם.זה מאפשר למערכת הסרוו להישאר יציבה בתנאים שונים.

כונן סרוו אמין ומדויק - ספק כוח והנעת מנוע חכמה

ספקי כוח עם פונקציות מיתוג מהירות במיוחד עם שליטה יציבה ברזולוציה גבוהה מספקים בקרת סרוו אמינה ומדויקת.נכון לעכשיו, יצרנים רבים שילבו מודולי כוח באמצעות חומרים בתדר גבוה, אשר הרבה יותר קל לתכנן.

ספקי כוח במצב מתג פועלים בטופולוגיה של ספק כוח בלולאה סגורה המבוססת על בקר, ושני מתגי כוח נפוצים בשימוש הם MOSFETs ו-IGBTs.מנהלי השערים נפוצים במערכות המשתמשות בספקי כוח מתג המווסתים את המתח והזרם על השערים של מתגים אלה על ידי שליטה במצב ON/OFF.

בתכנון של ספקי כוח מתג וממירים תלת פאזיים, מופיעים בזרם אינסופי נהגי שערים חכמים בעלי ביצועים גבוהים, דרייברים עם FET מובנים ודרייברים עם פונקציות בקרה משולבות.העיצוב המשולב של FET מובנה ופונקציית הדגימה הנוכחית יכולים להפחית במידה ניכרת את השימוש ברכיבים חיצוניים.התצורה הלוגית של PWM ו-Enable, טרנזיסטורים עליונים ותחתונים, וכניסת אות הול מגדילה מאוד את הגמישות של העיצוב, מה שלא רק מפשט את תהליך הפיתוח, אלא גם משפר את יעילות הכוח.

ICs של מנהלי סרוו גם ממקסמים את רמת האינטגרציה, ו-IC של מנהלי סרוו משולבים במלואם יכולים לקצר מאוד את זמן הפיתוח לביצועים דינמיים מצוינים של מערכות סרוו.שילוב מעגלי הנהג, החישה, ההגנה וגשר החשמל בחבילה אחת ממזער את צריכת החשמל הכוללת ואת עלות המערכת.כאן מופיע דיאגרמת הבלוק של Trinamic (ADI) המשולבת במלואה של מנהל התקן סרוו, כל פונקציות הבקרה מיושמות בחומרה, ADC משולב, ממשק חיישן מיקום, אינטרפולטור מיקום, פונקציונלי מלא ומתאימות ליישומי סרוו שונים.

 

IC של מנהל התקן סרוו משולב במלואו, Trinamic (ADI)

סיכום

במערכת סרוו ביעילות גבוהה, עיבוד אותות בקרה בעל ביצועים גבוהים, משוב אינדוקציה מדויק, אספקת חשמל והנעת מנוע חכמה הם הכרחיים.שיתוף הפעולה של מכשירים בעלי ביצועים גבוהים יכול לספק לרובוט בקרת מהירות ומומנט מדויקת המגיבה באופן מיידי בזמן תנועה בזמן אמת.בנוסף לביצועים גבוהים יותר, האינטגרציה הגבוהה של כל מודול מספקת גם עלות נמוכה יותר ויעילות עבודה גבוהה יותר.