Motora vadības izolācijas shēma, izmantojot iCoupler tehnoloģiju
Robotiskiem lietojumiem ir nepieciešama precīza to motoru vadība, kuri vada daudzus mašīnas savienojumus. Vadības sistēmai ir jāzina dažādu robotu roku un pievadu pozicionēšanas pozīcijas, lai nodrošinātu drošu un uzticamu darbību. Lai būtu efektīvs, jums ir vairāk jāzina par rotora kustību motora korpusā.
Bez informācijas par rotora leņķi (viegli slīdēt zem lielām slodzēm), elektronikas kontrolieris var nodrošināt pārāk lielu strāvu, ko vienkārši izšķērdē siltums. Lai uztvertu stāvokli un rotora stāvokli, svarīgs vadības algoritma mainīgais ir motora tinumu pašreizējais līmenis. Konceptuāli tas ir lēts mainīgais, ko ir viegli kontrolēt, jo tas ietver tikai saiknes nodrošināšanu no motora uz vadības ķēdi. Tomēr ir daudzi faktori, kas jāapsver, lai nodrošinātu, ka signāls ir pēc iespējas precīzāks. Kļūdas var izraisīt nepareizu atrašanās vietu noteikšanu un palielinātu nevajadzīgu enerģijas patēriņu.
Visbiežāk izmantotie strāvas sensori motora vadībā ir šuntēšanas rezistori, Hall efektu sensori un strāvas transformatori. Pēdējās divas ierīces nodrošina izolāciju, kas, lai gan palielina kopējās izmaksas, ir svarīga, strādājot ar lielu jaudu. Shunt rezistoru ķēdes parasti ir ierobežotas ar mērīšanas strāvu 50A vai mazāku, bet tām ir priekšrocība, ka sensora tipa ierīcēs ir visaugstākā reakcijas linearitāte un zemākas izmaksas. Šīs ierīces ir piemērotas arī maiņstrāvas un līdzstrāvas mērījumiem.
Precīzi un jutīgi rezultāti var tikt sasniegti, savienojot šunta rezistoru ar delta-sigmas modulatoru. Trīsstūra integrālās paraugu ņemšanas un filtrēšanas metodes palīdz novērst pārejošas trokšņa sekas un atbalstīt krietni virs 12 bitu izšķirtspējas. Texas Instruments 'ADS1203 ir delta-sigma modulators, kas paredzēts instrumentiem, tostarp motora vadībai. Šī ierīce ir viena kanāla otrās kārtas delta-sigma modulators, kas paredzēts augstas izšķirtspējas analogai uz ciparu pārveidošanai no DC līdz 39 kHz. Šī pārveidotāja izeja ir virkne no skaitļiem 1 un 0, kuru laika vidējais rādītājs ir proporcionāls analogajam ieejas spriegumam. Galvenā filtrēto delta-sigma modulatora signāla priekšrocība ir tā, ka kvantēšanas trokšņa avots un pārejošais trokšņa avots var tikt pārvērsti augstās frekvencēs, padarot to vieglāk filtrēt caur zemfrekvences filtru.
Izmantojot modulatoru, nevis pilnīgu analogo-ciparu pārveidotāju, dizaineri var pielāgot digitālās filtrēšanas veiktspēju, lai vislabāk atbilstu motora vadības prasībām. Tas ietver stingru sinhronizāciju ar tranzistoru komutācijas notikumiem H-tilta kontūrā, kas piegādā motoru pašam. Pašu filtru var īstenot, izmantojot digitālo signālu procesoru (DSP), mikrokontrolleru vai lauku programmējamu vārtu masīvu (FPGA) atkarībā no izmaksu un veiktspējas mērķiem. Izmantojot pielāgotu filtru, ir labāk izvēlēties starp pārejošu atbildi un galīgo izšķirtspēju. Augstāka pārmērīga paraugu ņemšanas frekvence rada lielāku precizitāti, bet rada mazāku vērtību atjaunināšanas ātrumu - samazinot pārmērīgu paraugu ņemšanu, samazinās izšķirtspēja, bet nodrošina augstāku atsvaidzes frekvenci.
Runājot par datu apstrādi, ir salīdzinājums ar tradicionālo secīgo (SAR) analogo-ciparu pārveidotāju. Izmantojot SAR pārveidotāju, paraugu ņemšanu var veikt ar parauga un turēšanas ķēdes palīdzību, kas ļauj sistēmas dizainerim cieši kontrolēt paraugu ņemšanas brīdi. No otras puses, trīsstūrveida integrālā konversija izmanto nepārtrauktu paraugu ņemšanas procesu, tāpēc parauga vērtībai nav definēta iedarbināšanas laika. Un otrādi, paraugu ņemšanas vērtība šajā brīdī ir 1 bitu parauga vērtību sērijas svērtais vidējais lielums, kas var aptvert šī laika perioda vērtību, ko attēlo šī parauga vērtība.
Filtrējot 1 bitu plūsmu un iegūstot to ar mazāku ātrumu daudzbitu plūsmas parauga vērtību, var veikt divas dažādas fāzes. Ļoti izplatīta pieeja ir izmantot SINC filtru, kas vienā posmā veic abus uzdevumus. Trešā kārtība, ko parasti dēvē par sinc3, šobrīd ir visizplatītākā izvēle.
Filtrs lielā mērā ir parauga vērtību loga svērtais lielums, kas dod lielāku svaru paraugu vērtībām secības centrā, vienlaikus piešķirot mazāk svara paraugu ņemtajām vērtībām secības sākumā un beigās. Ņemot vērā jaudas tranzistora komutācijas komponenta ietekmi uz mērīšanas strāvu, šis efekts ir jāņem vērā, pretējā gadījumā atgriezenisko algoritmu ietekmēs aliasēšana un tamlīdzīgi.
Sinc3 filtra impulsa reakcija ir simetriska ar parauga vērtības ieguldījumu pirms centra parauga vērtības, un centra parauga vērtība ir tāda pati kā parauga vērtība pēc tā. Strāvas komutācijas komponents arī ir simetrisks gar vidējo strāvas punktu: tā, ka komutācijas komponentu summa ir nulle. Ja paraugu ņemšanas loga centrs ir saskaņots ar PWM sinhronizācijas impulsu, ko izmanto, lai vadītu H-tiltu, fāzes strāvu var izmērīt bez aliasēšanas, bet jāievēro piesardzība, lai nodrošinātu, ka parauga vērtības tiek pareizi saskaņotas, nolasot datus no filtra. Filtrēšana rada aizturi, lai filtra parauga vērtība būtu no vairākiem iepriekšējiem laika periodiem, kad tiek izmantots PWM sinhronizācijas impulss. Tas būtiski ietekmē programmatūras programmu plānošanu salīdzinājumā ar pašreizējiem SAR mērījumiem.
SAR gadījumā PWM sinhronizācijas impulss var aktivizēt analogo ciparu pārveidotāju, lai veiktu virkni reklāmguvumu. Kad dati tiek sagatavoti vadības cilpai, sistēma ģenerē pārtraukumu un sāk izpildīt kontroles cilpu. Šīs paraugu vērtības tiek nepārtraukti ģenerētas, izmantojot delta-sigma modulatoru un filtru, bet svarīgas fāzes strāvas mērījumu paraugu vērtības ir gatavas pēc fiksētas kavēšanās. Taimeri vai skaitītāji jāizmanto, lai ģenerētu pārtraukumu, ja ir PWM sinhronizācijas signāls. Paraugu vērtību skaitīšanas aizkavēšanās faktiski ir puse no sinc3 impulsa reakcijas.
Tipiskā kontroles sistēmā PWM taimera nulles kārtas aizturēšanas efekts ir daudz vairāk nekā puse no impulsa reakcijas, tāpēc SINC filtrs būtiski neietekmē cilpa laiku. Izmantojot delta-sigma modulatoru un pielāgotu filtru, lietotājs var brīvi pārslēgt SINC filtra aizkavi, lai iegūtu parauga vērtību izšķirtspēju. Šī elastība ir liela priekšrocība, izstrādājot motora vadības algoritmus. Parasti dažas algoritma daļas ir jutīgas pret kavēšanos, bet mazāk jutīgas pret atgriezeniskās saites precizitāti. Pārējo algoritmu izmanto kopā ar zemāku dinamiku un labumu no precizitātes, bet tas ir mazāk jutīgs pret kavējumiem.
Apsveriet proporcionālu integrētu kontroliera (PI) algoritmu. P daļa un I komponents var izmantot to pašu atgriezeniskās saites signālu. Tomēr P ceļu un I ceļu var atdalīt un atgriezeniskās saites signālu var kombinēt ar dažādiem filtrēšanas funkciju veidiem. PI kontrolierī P komponents galvenokārt tiek izmantots slodzes un ātruma izmaiņu ātrās nomākšanas novēršanai. Tāpēc tai ir jāspēj reaģēt uz straujām signāla līmeņu izmaiņām. I komponents koncentrējas uz vienmērīgu darbību un vairāk koncentrējas uz mērījumu precizitāti. Tāpēc P komponents var gūt labumu no zemas izšķirtspējas, ātras atjaunināšanas ātruma strāvas atgriezeniskās saites signāla, kas nozīmē, ka sinc3 filtram ir zems pārņemšanas un decimācijas ātrums. I komponents gūs labumu no augstākas pārmērīgas atlases ātruma un var izturēt atjauninājuma ātruma pieaugumu.
Ir svarīgi atzīmēt, ka, izmantojot delta-sigma modulatoru sistēmā, kas apstrādā lielas slodzes, vēl viens faktors, kas jāapsver, ir izolācija. Viena iespēja ir izmantot tikai izolācijas pastiprinātāju un izmantot neizolētu modulatoru analogai uz ciparu pārveidošanai vai novietot optisko savienotāju starp modulatora izvadi un ierīces digitālās filtrēšanas ievadi. Alternatīvi var izvēlēties izolētu delta-sigma modulatoru. Izmantojot izolētu modulatoru, analogo pārplūdes aizsardzības ķēdi var novērst, jo digitālo filtru var konfigurēt arī, lai novērstu pārmērīgas strāvas sekas.
AD7403 nodrošina AnalogDevices, kas ir piemērs tam. Īstenojot otrās kārtas modulatoru, šī ierīce ļauj elastīgi izvēlēties šuntēšanas specifikācijas un nodrošina vairāk nekā 14 bitu nozīmīgu bitu un izejas plūsmas ātrumu 20 MHz. Izmantojot piemērotu digitālo filtru, ierīce sasniedz signāla un trokšņa attiecību 88dB pie 78 100 paraugiem sekundē. Šī izolācijas shēma izmanto uzņēmuma iCoupler tehnoloģiju, un uzņēmums apgalvo, ka tas pārsniedz tipiska optisko sakaru ierīces darbības rezultātus.
Pievienojot tādas funkcijas kā izolācija un mikrokontrolleru un programmējamo loģisko ierīču filtrēšanas efektivitātes palielināšanās, dizaineri var turpināt optimizēt motora vadību robotu lietojumprogrammām.
Ja vēlaties iegādāties medicīnisko ierīču motoru, lūdzu, pievērsiet uzmanību Precision Medical Motors.
