Moottorinohjauksen eristysohjelma iCoupler-tekniikkaa käyttäen
Robottisovellukset edellyttävät moottoreiden tarkkaa ohjausta, jotka kuljettavat useita koneliitoksia. Ohjausjärjestelmän on tiedettävä eri robottivarsien ja toimilaitteiden paikoitusasennot turvallisen ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Jotta voisit olla tehokas, sinun täytyy tietää enemmän roottorin liikkeestä moottorikotelossa syvemmälle.
Ilman tietoa roottorin kulmasta (helppo liukua suurilla kuormituksilla) elektroniikkaohjain voi tarjota liikaa virtaa, joka hukkaa yksinkertaisesti lämpöä. Aseman ja roottorin tilan havaitsemiseksi tärkeä algoritmin muuttuja on moottorin käämien nykyinen taso. Käsitteellisesti tämä on edullinen muuttuja, jota on helppo seurata, koska se sisältää vain linkin tarjoamisen moottorista ohjauspiiriin. On kuitenkin monia tekijöitä, jotka on otettava huomioon sen varmistamiseksi, että signaali on mahdollisimman tarkka. Virheet voivat johtaa paikkojen epätarkkaan tunnistamiseen ja tarpeettomaan energiankulutukseen.
Yleisimmin käytetyt virta-anturit moottorin ohjauksessa ovat shunt-vastukset, Hall-efekti-anturit ja virtamuuntajat. Kaksi viimeksi mainittua laitetta tarjoavat eristyksen, joka on kokonaiskustannuksia nostettaessa tärkeä, kun kyseessä on suuri teho. Shunt-vastuspiirit rajoittuvat tyypillisesti 50A: n tai pienempiin mittausvirtoihin, mutta niiden etuna on se, että anturin tyyppisissä laitteissa on suurin vaste lineaarisuus ja alhaisemmat kustannukset. Nämä laitteet soveltuvat myös AC- ja DC-mittauksiin.
Tarkat ja herkät tulokset voidaan saavuttaa kytkemällä shunt-vastus delta-sigma-modulaattoriin. Kolmiomaiset integroidut näytteenotto- ja suodatustekniikat auttavat estämään ohimeneviä kohinaefektejä ja tukemaan selvästi yli 12-bittistä resoluutiota. Texas Instrumentsin ADS1203 on delta-sigma-modulaattori, joka on suunniteltu instrumentointisovelluksiin, mukaan lukien moottorin ohjaus. Tämä laite on yksikanavainen, toisen asteen delta-sigma-modulaattori, joka on suunniteltu korkean erotuskyvyn analogiseen digitaaliseen muuntamiseen DC: stä 39 kHz: iin. Tämän muuntimen lähtö on sarja numeroita 1 ja 0, joiden aikaväli on verrannollinen analogiseen tulojännitteeseen. Suodatetun delta-sigma-modulaattorisignaalin käyttämisen keskeinen etu on, että kvantisointikohinan lähde ja ohimenevä kohinanlähde voidaan muuntaa suuriksi taajuuksiksi, mikä helpottaa suodatusta alipäästösuodattimen läpi.
Käyttämällä modulaattoria täydellisen analogia-digitaalimuuntimen sijasta suunnittelijat voivat säätää digitaalisen suodatuksen suorituskykyä parhaiten vastaamaan moottorin ohjausvaatimuksia. Tähän sisältyy tiukka synkronointi transistorin kytkentätapahtumien kanssa H-sillan piirissä, joka syöttää virtaa itse moottorille. Itse suodatin voidaan toteuttaa käyttämällä digitaalista signaaliprosessoria (DSP), mikrokontrolleria tai kenttäohjelmoitavaa porttiryhmää (FPGA) kustannus- ja suorituskykytavoitteiden mukaan. Käyttämällä mukautettua suodatinta on parempi valita ohimenevä vastaus ja lopullinen näytteenottotarkkuus. Korkeampi ylinäytteenottotaajuus johtaa suurempaan tarkkuuteen, mutta tuloksena on pienempi arvo-päivitysnopeus - ylimääräisen näytteenoton vähentäminen vähentää tarkkuutta, mutta antaa korkeamman virkistystaajuuden.
Tietojenkäsittelyn osalta on vertailu perinteiseen peräkkäiseen lähentymiseen (SAR) analogiseen digitaaliseen muuntimeen. Käyttämällä SAR-muunninta näytteenotto voidaan suorittaa näytteenotto- ja pitopiirin avulla, jonka avulla järjestelmän suunnittelija voi valvoa tarkasti näytteenottohetken ajoitusta. Toisaalta kolmionmuotoinen integraalimuunnos käyttää jatkuvaa näytteenottoa, joten näytteistetyllä arvolla ei ole määritettyä laukaisuaikaa. Sitä vastoin näytteistetty arvo tässä vaiheessa on 1-bittisten näytearvojen sarjan painotettu keskiarvo, joka voi ulottua tämän ajanjakson arvoon, jota edustaa tämä näytteistetty arvo.
1-bittisen bittivirran suodatus ja sen pienentäminen monibittivirranäytteen arvoon voidaan tehdä kahdessa eri vaiheessa. Hyvin yleinen lähestymistapa on käyttää SINC-suodatinta, joka suorittaa molemmat tehtävät yhdessä vaiheessa. Kolmas järjestys, jota yleisesti kutsutaan sinc3: ksi, on tällä hetkellä yleisin valinta näille sovelluksille.
Suodatin on suurelta osin painotettu summa näytteistetystä arvosivusta, joka antaa enemmän painoa näytteen keskiarvossa oleville arvoille, mutta antaa samalla vähemmän painoa näytteenottoarvoille sekvenssin alussa ja lopussa. Kun otetaan huomioon teho-transistorin kytkentäkomponentin vaikutus mittausvirtaan, tämä vaikutus on otettava huomioon, muuten palautealgoritmi vaikuttaa aliasointiin ja vastaaviin.
Sinc3-suodattimen impulssivaste on symmetrinen näytemäärän arvon kanssa ennen keskinäytteen arvoa, ja keskinäytteen arvo on sama kuin sen jälkeinen näytteen arvo. Virran kytkentäkomponentti on myös symmetrinen keskimääräistä nykyistä pistettä pitkin: niin että kytkentäkomponenttien summa on nolla. Jos näytteenottokohdan keskipiste on linjassa H-sillan ohjaukseen käytetyn PWM-synkronointipulssin kanssa, vaihevirta voidaan mitata ilman aliasointia, mutta on huolehdittava siitä, että näytearvot kohdistetaan oikein, kun tietoja luetaan suodattimesta. Suodatus asettaa viiveen siten, että suodattimen näytteistetty arvo on useista aikaisemmista ajanjaksoista, kun PWM-synkronointipulssia käytetään. Tällä on merkittävä vaikutus ohjelmistojen ajoitukseen verrattuna SAR-pohjaisiin virranmittauksiin.
SAR: n tapauksessa PWM-synkronointipulssi voi laukaista analogisen digitaalimuuntimen suorittamaan sarjan muunnoksia. Kun data valmistetaan ohjaussilmukalle, järjestelmä generoi keskeytyksen ja aloittaa ohjaussilmukan suorittamisen. Nämä näytearvot muodostetaan jatkuvasti käyttämällä delta-sigma-modulaattoria ja suodatinta, mutta tärkeät näytearvot vaihevirtamittauksille ovat valmiit kiinteän viiveen jälkeen. Ajastimia tai laskureja tulisi käyttää keskeytyksen muodostamiseen, kun PWM-synkronointisignaali on läsnä. Näytteen arvojen laskemisen viive on itse asiassa puolet sinc3-impulssivasteesta.
Tyypillisessä ohjausjärjestelmässä PWM-ajastimen nolla-järjestyksen pidätysteho on paljon enemmän kuin puolet impulssivasteesta, joten SINC-suodatin ei vaikuta merkittävästi silmukan ajoitukseen. Käyttämällä delta-sigma-modulaattoria ja mukautettua suodatinta käyttäjä voi vapaasti vaihtaa SINC-suodatinviiveen saadakseen näytteistettyä arvoresoluutiota. Tämä joustavuus on suuri etu moottorinohjausalgoritmien suunnittelussa. Yleensä jotkin algoritmin osat ovat herkkiä viiveelle, mutta vähemmän herkkiä palautteen tarkkuudelle. Muita algoritmeja käytetään yhdessä alhaisemman dynamiikan kanssa ja hyötyy tarkkuudesta, mutta se on vähemmän herkkä viiveille.
Tarkastellaan suhteellisen integraalisen ohjaimen (PI) algoritmia. P-osa ja I-komponentti voivat käyttää samaa palautesignaalia. P-polku ja I-polku voidaan kuitenkin erottaa ja takaisinkytkentäsignaali voidaan yhdistää eri tyyppisiin suodatustoimintoihin. PI-säätimessä P-komponenttia käytetään pääasiassa kuorman ja nopeuden nopean muutosvaikutuksen tukahduttamiseen. Siksi sen on pystyttävä vastaamaan nopeisiin muutoksiin signaalitasoissa. I-komponentti keskittyy vakaan tilan suorituskykyyn ja keskittyy enemmän mittaustarkkuuteen. Siksi P-komponentti voi hyötyä alhaisesta resoluutiosta, nopeasta päivitysnopeudesta tulevasta takaisinkytkentäsignaalista, mikä tarkoittaa, että sinc3-suodattimella on alhainen ylinäytteenotto- ja desimointinopeus. I-komponentti hyötyy korkeammasta näytteenottotaajuudesta ja voi kestää päivitysnopeuden kasvun.
On tärkeää huomata, että kun käytetään delta-sigma-modulaattoria järjestelmässä, joka käsittelee suuria kuormia, toinen tekijä, joka on otettava huomioon, on eristäminen. Eräs vaihtoehto on käyttää vain eristysvahvistinta ja käyttää eristämätöntä modulaattoria analogiseen digitaaliseen muuntamiseen tai sijoittaa optokytkin modulaattorin ulostulon ja digitaalisen suodatuksen laitteen tulon väliin. Vaihtoehtoisesti voidaan valita eristetty delta-sigma-modulaattori. Käyttämällä eristettyä modulaattoria analoginen ylivirtasuojapiiri voidaan poistaa, koska digitaalinen suodatin voidaan myös konfiguroida poistamaan ylivirtavaikutuksia.
AD7403 tarjoaa AnalogDevices, joka on esimerkki tästä. Toteuttamalla toisen kertaluvun modulaattori, tämä laite mahdollistaa joustavan valikoiman shuntimäärityksiä ja tarjoaa yli 14 bittiä merkittäviä bittejä ja lähtövirranopeuden 20 MHz. Käyttämällä sopivaa digitaalista suodatinta, laite saavuttaa signaali-kohinasuhteen 88 dB 7800 näytteellä / sekunti. Tämä eristysjärjestelmä käyttää yhtiön iCoupler-tekniikkaa, ja yhtiö väittää, että se ylittää tyypillisen optokytkimen järjestelyn.
Niiden ominaisuuksien kuten eristys ja mikrokontrollerien ja ohjelmoitavien logiikkalaitteiden kasvava suodatusominaisuus lisäävät suunnittelijat voivat jatkaa moottorin ohjauksen optimointia robottisovelluksissa.
Jos haluat ostaa lääketieteellisen laitteen moottorin, kiinnitä huomiota tarkkojen lääketieteellisten moottoreiden käyttöön.
