Wanneer je in een lift rijdt, wil je zeker soepel en veilig van de ene verdieping naar de andere komen. In een liftaandrijving stelt geavanceerde bewegingscontrole de lift in staat om op een gespecificeerde positie te stoppen en soepel te vertragen totdat het tot een volledige stop gaat. Gebrek aan geavanceerde bewegingscontrole kan ertoe leiden dat een lift ten onrechte tussen de vloeren stopt, waardoor de liftrijder zich duizelig en ongemakkelijk of onveilig kan laten voelen.
Robots, Computer Numerical Control (CNC) -machines en fabrieksautomatiseringsapparatuur vereisen allemaal precieze positiebesturing via servo -schijven, en in veel gevallen, precieze snelheidsregeling om producten correct te produceren en de workflow te behouden.
Veel aspecten van industriële drives zijn belangrijk bij het bereiken van precisiebewegingscontrole, waarbij drie basissubsystemen in realtime controle-ontwerp worden betrokken, namelijk detectie, verwerking en rijden. Dit artikel bespreekt voorbeelden van de technologieën die elk subsysteem ondersteunen.
Detectie
Precisiebewegingscontrole kan niet worden gerealiseerd zonder precisiepositie en snelheidsdetectie. Het detecteren kan een hoekpositie van de motoras en de snelheidsdetectie of de lineaire positie van de transportband en de snelheidsdetectie omvatten. Ontwerpers gebruiken vaak incrementele optische encoders met honderden tot duizend slots per revolutie om positie en snelheid te voelen. Deze encoders zijn meestal verbonden met microcontrollers (MCU's) via kwadratuur gecodeerde pulsen (QEP) en vereisen daarom QEP -interface -mogelijkheden.
Absolute encoders zijn daarentegen aanzienlijk nauwkeuriger, hebben meestal meer slots per revolutie en zijn precisie gemonteerd om absolute hoekpositie te bieden. De gedetecteerde positie wordt omgezet in een digitale weergave en gecodeerd volgens een standaardprotocol. Voorbeelden van dergelijke protocollen zijn Tamagawa's T-formaat en IC-Hause GmbH's bidirectionele seriële synchronisatie (BISS) C. Eerder zou je ook een veldprogrammeerbare Gate Array (FPGA) nodig hebben om te communiceren met een dergelijke encoder, maar meer en meer MCU's heb nu deze mogelijkheid (zoals weergegeven in figuur 1 hieronder). Omdat de T-formaat en Biss C-protocollen vaak verschillen van die ondersteund door populaire communicatiepoorten of interfaces zoals seriële perifere interface (SPI), universele asynchrone ontvangerzender (UART) of controller gebiedsnetwerk (CAN), die gebruikelijk zijn op De meeste MCU's, ze vereisen vaak aanpasbare logische blokken of eigen verwerkingseenheden.
Absolute encoders kunnen ook gebaseerd zijn op elektromagnetische of resolverachtige circuits, die een nauwkeurige meting van sinusvormige elektrische signalen vereisen. Precisie operationele versterkers en spanningsreferenties zijn daarom ook belangrijk. Motor- en bewegingscontrole vereist altijd precieze motorstroom en spanningsdetectie, vooral wanneer sensorloze regeling wordt gebruikt. Gemeenschappelijke oplossingen zijn inline en omvormer brugbrug lage-side detectie met behulp van geïsoleerde/niet-geïsoleerde versterkers en stuurprogramma's met geïntegreerde stroomdetectie met lage zijde.
Verwerking
Uitvoering van bewegingscontroleprofielen en algoritmen in precisiebewegingscontrolesystemen vereist MCU's met een hoog rekenkracht, die doorgaans 32- bitwoordlengtes zijn met native 64- bit drijvende puntondersteuning om de nodige precisie en nauwkeurigheid te bieden . Veel MCU's hebben hardwaregaspedalen omdat de algoritmen sterk afhankelijk zijn van trigonometrische, logaritmische en exponentiële wiskunde.
Gezien het aantal bewegingsassen onder controle of het aantal controlelussen, gebruiken ontwerpers vaak een multi-centrale processor (CPU) architectuur of CPU-achtige parallelle gaspedalen. Meerdere CPU's kunnen ook worden overwogen voor aanvullende toezicht en communicatietaken.
Als een realtime controletoepassing heeft de totale latentie van de gehele signaalketen (dwz de tijd van het verzamelen van stroom, spanning, positie en snelheidsmetingen tot de update van de besturingsuitgangen) een directe invloed op de besturingsprestaties , en dus op de nauwkeurigheid. Sommige MCU's hebben analoge comparatoren op chip die controle-acties direct kunnen genereren, waardoor latentie en CPU-belasting aanzienlijk kunnen worden verminderd. Snelle interruptrespons en veldbesparing en herstel zijn ook belangrijk.
Hoge verwerkingskracht is niet voldoende. Bewegingscontrole MCUS moet ook algemene besturingsrandapparatuur hebben zoals 12- en 16- bit analoog-naar-digitale converters, QEP-interfaces, rand met hoge resolutie en pulsinvang en puls-breedte-modulatie (PWM (PWM ) uitgangen. De mogelijkheid om aangepaste logica en timing te implementeren is ook vereist.
Om ontwerpers te helpen om hun ontwerpen sneller te laten werken en af te stemmen, bieden MCU- en Motor Driver -leveranciers motor- en motion control -algoritmen, inclusief kernalgoritmen zoals sensorloze waarnemers en softwarebibliotheken, evenals volledige besturingscode met GUI -configureerbaarheid.
MCUS voor industriële drives
Bestuurders
Power -apparaten en stuurprogramma's zijn verplicht om de gewenste controle -actie te bieden, meestal in de vorm van PWM, waar de duty -cyclus de actie vertegenwoordigt. Nauwkeurige controle van de PWM -pulsen is belangrijk, wat betekent dat de bestuurder de nodige aandrijfintensiteit moet bieden met de kleinst mogelijke timingafwijking; Het stroomapparaat moet op precies de beoogde tijd in- en uitschakelen. Dergelijke stuurprogramma's zijn vandaag direct beschikbaar, met extra functies zoals overstroom en thermische bescherming. Nieuwe brede bandgap-stroomapparaten zorgen voor snelle en precieze inschakel- en uitschakelstiming. De snelle schakelsnelheden en lage schakelverliezen van brede bandgap -apparaten maken ook snelle bedieningslussen mogelijk voor verbeterde stabiliteit en prestaties.
Naast de nauwkeurigheid vereisen veel toepassingen motorbesturingsontwerpen die compact genoeg zijn om stuurprogramma's te gebruiken met geïntegreerde stroomdetectie en voedingsmodules.
Conclusie
Precisiebewegingscontrole is van cruciaal belang voor industriële drives. Technische oplossingen behandelen alle drie de subsystemen die ten grondslag liggen aan realtime besturingsontwerpen, detectie, verwerking en activering, en zijn ontworpen om precisiebewegingscontrole mogelijk te maken.