Mootori juhtimise isolatsiooni skeem iCoupler tehnoloogia abil
Robotirakendused nõuavad täpselt nende masinate juhtimist, mis juhivad mitmeid masinaühendusi. Juhtimissüsteem peab teadma erinevate roboti käepidemete ja täiturmehhanismide asukoha määramist, et tagada ohutu ja usaldusväärne töö. Selleks, et olla tõhus, peate rohkem teadma rootori liikumisest mootori korpuses sügavamalt.
Ilma informatsioonita rootori nurga kohta (lihtne libistada suurte koormuste all) võib elektroonikakontroller pakkuda liiga palju voolu, mida lihtsalt raiskab. Asendi ja rootori oleku tunnetamiseks on juhtalgoritmi oluline muutuja mootori mähiste praegune tase. Kontseptuaalselt on see odav muutuja, mida on lihtne jälgida, sest see hõlmab ainult linki andmist mootorist juhtahelasse. Siiski on palju tegureid, millega tuleb arvestada, et signaal oleks võimalikult täpne. Vead võivad põhjustada asukohtade ebatäpset avastamist ja tarbetut energiatarbimist.
Kõige sagedamini kasutatavad vooluandurid mootori juhtimisel on šunttakistid, Hall-efekti andurid ja voolutrafod. Kaks viimast seadet pakuvad isolatsiooni, mis on üldkulude suurendamisel oluline suure võimsusega tegelemisel. Shunt-takisti vooluringid piirduvad tavaliselt mõõtmisvooludega 50A või vähem, kuid nende eeliseks on see, et sensori tüüpi seadmetes on reaktsiooni suurim lineaarsus ja madalamad kulud. Need seadmed sobivad ka vahelduvvoolu ja alalisvoolu mõõtmiseks.
Täpsed ja tundlikud tulemused on saavutatavad, kui ühendate šunttakisti delta-sigma modulaatoriga. Kolmnurksed integreeritud proovivõtu- ja filtreerimistehnikad aitavad pärssida mööduvaid müraefekte ja toetada oluliselt üle 12-bitise eraldusvõime. Texas Instruments 'ADS1203 on delta-sigma modulaator, mis on mõeldud instrumentaalrakendustele, kaasa arvatud mootori juhtimine. See seade on ühekanaliline teise astme delta-sigma modulaator, mis on ette nähtud kõrgresolutsiooniga analoog-digitaalmuundamiseks DC-lt 39 kHz-le. Selle konverteri väljundiks on numbrite 1 ja 0 seeria, mille aja keskmine on proportsionaalne analoogsisendpingega. Filtreeritud delta-sigma modulaatori signaali kasutamise peamine eelis on see, et kvantimismüra allikat ja transientset müraallikat saab muundada kõrgemateks sagedusteks, lihtsustades filtreerimist läbi madalpääsfiltri.
Kasutades modulaatorit täieliku analoog-digitaalmuunduri asemel, saavad disainerid kohandada digitaalset filtreerimist, et see vastaks kõige paremini mootori juhtimise nõuetele. See hõlmab ranget sünkroniseerimist H-silla ahelas olevate transistori lülitussündmustega, mis varustavad mootorit ise. Filtri võib ise teostada, kasutades digitaalset signaaliprotsessorit (DSP), mikrokontrollerit või väljalülitatavat värava massiivi (FPGA), sõltuvalt kulude ja jõudluse eesmärkidest. Kasutades kohandatud filtrit, on parem valida vahelise reaktsiooni ja lõpliku proovivõtu lahutuse vahel. Suurem ülevõtmise kiirus toob kaasa suurema täpsuse, kuid tulemuseks on madalama väärtuse värskendamise kiirus - ülemäärane proovivõtu vähendamine vähendab eraldusvõimet, kuid annab kõrgema värskendussageduse.
Andmetöötluse osas on võrdlus traditsioonilise järjestikuse lähendamise (SAR) analoog-digitaalmuunduriga. SAR-muundurit kasutades võib proovi võtta proovi- ja hoidmisahelaga, mis võimaldab süsteemi projekteerijal proovivõtu ajastust tihedalt kontrollida. Teisest küljest kasutab kolmnurkne integraalne konversioon pidevat proovivõtuprotsessi, nii et prooviväärtusel ei ole määratletud käivitusaega. Vastupidi, proovivõtuväärtus antud ajahetkel on 1-bitiste prooviväärtuste seeria kaalutud keskmine, mis võib hõlmata selle ajahetke väärtust, mida esindab see prooviväärtus.
1-bitise bitivoo filtreerimist ja selle väljavõtmist väiksema kiirusega multi-bitivoo prooviväärtuseks saab teha kahes erinevas faasis. Väga levinud lähenemisviis on kasutada SINC-filtrit, mis täidab mõlemaid ülesandeid ühes faasis. Kolmas järjekord, mida tavaliselt nimetatakse sinc3-ks, on praegu nende rakenduste jaoks kõige levinum valik.
Filter on suuresti kaalutud summa valimisse kuuluva väärtuse aknast, mis annab järjestuse keskel rohkem prooviväärtusi, andes samal ajal järjestuse alguses ja lõpus näidatud väärtustele vähem kaalu. Võttes arvesse võimsustransistori lülituskomponendi mõju mõõtevoolule, tuleb seda efekti arvesse võtta, vastasel juhul mõjutab tagasiside algoritmi aliasing jms.
Sinc3 filtri impulssvastus on sümmeetriline koos proovi väärtuse panusega enne keskmist proovi väärtust ja keskmist proovi väärtus on sama, mis sellele järgneva valimi väärtus. Voolu lülituskomponent on samuti sümmeetriline piki keskmist voolupunkti: nii, et lülituskomponentide summa on null. Kui proovivõtuakna keskpunkt on joondatud H-silla juhtimiseks kasutatava PWM-sünkroniseerimisimpulssiga, võib faasivoolu mõõta ilma varjundita, kuid tuleb hoolitseda selle eest, et proovi väärtused oleksid andmete lugemisel õigesti joondatud. filtrist. Filtreerimine tekitab viivituse, nii et filtri prooviväärtuse väljundiks on mitu varasemat ajavahemikku, kui PWM-i sünkroniseerimisimpulssi kasutatakse. Sellel on oluline mõju tarkvaraprogrammide koostamisele võrreldes SAR-põhiste voolumõõtmistega.
SAR-i puhul võib PWM-sünkroniseerimisimpulss käivitada analoog-digitaalmuunduri konversioonide seeria tegemiseks. Kui kontrolltsükli jaoks on andmed ette valmistatud, genereerib süsteem katkestuse ja käivitab kontrolltsükli. Need prooviväärtused genereeritakse pidevalt, kasutades delta-sigma modulaatorit ja filtrit, kuid olulised prooviväärtused faasivoolu mõõtmiseks on valmis pärast kindlat viivitust. PWM-i sünkroniseerimissignaali kohaloleku katkestamiseks tuleks kasutada taimereid või loendureid. Prooviväärtuste loendamise viivitus on tegelikult pool sinc3 impulsi vastusest.
Tüüpilises kontrollisüsteemis on PWM-taimeril nulljärjestuse hoidmise efekt palju enam kui pool impulssvastusest, nii et SINC-filter ei mõjuta oluliselt silmusajastust. Kasutades delta-sigma modulaatorit ja kohandatud filtrit, saab kasutaja SINC filtri viivituse vabalt vahetada, et saada prooviväärtuse eraldusvõime. See paindlikkus on mootori juhtimisalgoritmide kavandamisel suur eelis. Tavaliselt on mõned algoritmi osad tundlikud viivitusele, kuid vähem tundlikud tagasiside täpsuse suhtes. Ülejäänud algoritmi kasutatakse koos väiksema dünaamika ja täpsusega, kuid on vähem tundlik viivituste suhtes.
Mõelge proportsionaalse integraalregulaatori (PI) algoritmile. P-osa ja I-komponent võivad kasutada sama tagasiside signaali. P-rada ja I-rada võib aga eraldada ja tagasiside signaali kombineerida erinevate filtreerimisfunktsioonidega. PI-regulaatoris kasutatakse P-komponenti peamiselt koormuse ja kiiruse kiire muutumise mõju vähendamiseks. Seetõttu peab see suutma reageerida kiiretele muutustele signaalitasemes. I komponent keskendub püsiva oleku toimivusele ja keskendub rohkem mõõtetäpsusele. Seetõttu võib P-komponent saada kasu madala eraldusvõimega, kiire värskendamissageduse voolu tagasiside signaalist, mis tähendab, et sinc3-filtril on madal valimis- ja dekreedimiskiirus. I komponendil on kõrgem proovide võtmise kiirus ja see võib taluda uuenemise kiiruse suurenemist.
Oluline on märkida, et kui kasutatakse delta-sigma modulaatorit süsteemis, mis tegeleb suurte koormustega, on veel üks tegur, mida tuleb arvesse võtta. Üheks võimaluseks on kasutada ainult isolatsioonivõimendit ja kasutada mitte-isoleeritud modulaatorit analoog-digitaalseks muundamiseks või asetada optokaator modulaatori väljundi ja digitaalse filtreerimisseadme sisendi vahele. Alternatiivselt võib valida eraldatud delta-sigma modulaatori. Isoleeritud modulaatori abil saab kõrvaldada analoog-ülevoolukaitse, kuna digitaalset filtrit saab konfigureerida ka ülemääraste efektide kõrvaldamiseks.
AD7403 annab selle näiteks AnalogDevices. Teise järjekorra modulaatori rakendamisega võimaldab see seade šundi spetsifikatsioonide paindlikku valimist ja annab rohkem kui 14 biti oluliste bittide ja väljundvoo 20 MHz. Kasutades sobivat digitaalset filtrit, saavutab seade signaali-müra suhte 88 dB 7800 prooviga sekundis. See isoleerimisskeem kasutab ettevõtte iCoupler tehnoloogiat ja ettevõte väidab, et see ületab tüüpilise optocoupler-süsteemi toimimise.
Lisaks sellistele funktsioonidele nagu isolatsioon ja mikrokontrollerite ja programmeeritavate loogiliste seadmete filtreerimisvõime suurenemine, võivad disainerid jätkata mootori juhtimise optimeerimist robootiliste rakenduste jaoks.
Kui soovite osta meditsiiniseadme mootorit, siis pöörake tähelepanu täpsetele meditsiinilistele mootoritele.
