Сервомотори та приводи

Сервомотор

Сервомотор - це тип двигуна, який може досягти точного положення, швидкості та керування крутним моментом на основі сигналів управління в автоматизованих системах управління. Сервоси пропонують високу точність, продуктивність та стабільність, що робить їх широко використовуваними в додатках, що потребують точного управління рухом. Сервомотори, як правило, забезпечують реальний - Позиція часу та швидкість зворотного зв'язку через пристрій зворотного зв'язку (наприклад, кодер або датчик), що дозволяє своєчасне коригування контрольних сигналів на основі фактичних умов для підтримки точного положення двигуна. Сервомотори, як правило, класифікуються на три типи: сервомоторні двигуни постійного струму, серводвигуни та крокові сервомоторів.

Сервомотори постійного струму - це тип двигуна, широко використовується в автоматизованих системах управління. Порівняно зі звичайними двигунами постійного струму, вони оснащені закритою системою управління циклом -, що дозволяє реально - регулювання часу контрольних сигналів на основі сигналів зворотного зв'язку. Сервомотори DC пропонують більш високу швидкість та швидкість реакції, а також більший вихід крутного моменту. Однак вони потребують більш стабільного джерела живлення.

Сервомотори AC складаються з обмотки статора та обертової арматури. Намотування статора, як правило, генерує магнітне поле, тоді як обертова арматура несе навантаження та обертається. Електричні двигуни працюють шляхом обертання котушки дроту в магнітному полі. Сервомотори змінного струму досягають ефективного та точного контролю руху через різні комбінації струму та магнітного поля. Сервомотори змінного струму пропонують високу швидкість, високу точність та високий вихід крутний момент, що робить їх придатними для додатків, що вимагають високого - управління рухом продуктивності, таких як робототехніка, обладнання для автоматизації та машинні інструменти з ЧПУ. Однак, порівняно з постійними двигунами, сервомоторами змінного струму, як правило, потрібні більш складні системи управління і, як правило, дорожчі.

Сервоприводні накопичувачі

Сервопривід - це пристрій, який використовується для управління рухом сервомотора і є незамінним компонентом сервоносної системи. Зазвичай він використовується спільно з сервоморотором для досягнення точного положення, швидкості та управління силою. Сервоприводи, як правило, інтегрують різні алгоритми управління, щоб точно регулювати швидкість і положення двигуна на основі контрольних сигналів. Вони підтримують зворотний зв'язок кодера, що дозволяє реальному - моніторинг часу позиції та швидкості двигуна, досягнувши закритого - контролю циклу та підвищення точності та стабільності контролю. Вони також оснащені різними інтерфейсами зв'язку для спілкування з хост -комп'ютером або іншими пристроями, що дозволяє віддалений моніторинг та контроль. Сервоприводні накопичувачі також включають різні функції захисту, такі як перенапруження, перегрівання, перенапруження та захист від втрат фаз, щоб забезпечити діяльність двигуна та приводу в безпечних діапазонах. Основна функція сервоприводу - це отримання сигналів управління та використання алгоритмів внутрішнього управління, перетворюйте їх у струм для управління сервомотором, тим самим досягаючи точного контролю положення.

Завдяки швидкому розвитку технології електроніки та сучасної теорії управління, повністю цифрові системи сервоприводу стали основними. Сервоприводи також рухаються до високої точності, високої продуктивності, інтеграції, модуляризації, універсальності, мереж та інтелекту.
 

1) Висока точність та висока продуктивність
Зазвичай сервоприводні накопичувачі часто використовують високі - швидкість мікроконтролерів як їх основні процесори для підвищення швидкості обчислень та потужності обробки. Зі збільшенням точності кодерів ефективність роботи та контроль сервоприводів на низьких швидкостях покращилася, що зробило їх особливо популярними у високій - Precision Industrial Robotics. Впровадження вдосконалених методів та стратегій управління, таких як розширене нелінійне управління та ідентифікація параметрів та налаштування Self -, ще більше підвищило продуктивність сервоприводів.

2) Інтеграція та модульність

З мініатюризацією промислових роботів та постійним просуванням напівпровідникових технологій, сервоприводів та двигунів рухаються до мініатюризації, інтеграції та інтеграції. Ця тенденція значно збільшила обчислювальну потужність сервоконтролерів, при цьому інтегровані контролери ARM, DSP та FPGA стають основними.

Модульність передбачає розділення сервоприводів на модулі на основі їх функцій та поєднання їх для задоволення конкретних потреб. Модульність вимагає розробки та проектування окремих модулів, які потім можуть бути об'єднані для задоволення конкретних потреб, зменшуючи витрати на проектування. Модульність також збільшує гнучкість системи та полегшує обслуговування систем сервоприводу.

3) Універсалізація
Універсалізація інтегрує різні функції сервоприводу, що дозволяє користувачам керувати різними робочими режимами, такими як закрито - керування вектором петлі, управління двигуном та відкрити - керування вектором циклу, не змінюючи конфігурацію обладнання, що дозволяє його застосувати в різноманітних робочих умовах.

В даний час універсальні сервоприводи відносно дорогі і все ще не мають оптимального застосування в певних програмах. Тому розробка спеціалізованих сервоприводів необхідна для зменшення витрат та досягнення мініатюризації.

4) Мережа
Завдяки постійному прогресуванню промислових технологій та зростаючими вимогами до промислових умов, технологій комунікацій Fieldbus, таких як RS485 і CAN, часто характеризуються поганими реальними - часовим спілкуванням та низькою швидкістю комунікації, все частіше не в змозі задовольнити потреби сучасного промислового виробництва. Отже, промислові технології Ethernet Bus, такі як ETERCAT, починають застосовуватися в сервері -, керованих системами. Промислові технології автобусів Ethernet можуть відповідати реальним - вимогам контролю за часом і широко використовуються в галузі промислового контролю.

5) Інтелект
У галузі промислової робототехніки інтелект в даний час є головною тенденцією розвитку сервоприводів. За допомогою інтелектуальних стратегій управління сервоприводом володіють штучними інтелектними функціями, такими як ADEM - Адаптація та Self - навчання. Інтелект сервоприводу спрощує і значно скорочує час налагодження для промислових роботів. Це також значно знижує технічні вимоги до налагодження персоналу, тим самим зменшуючи експлуатаційні витрати.

Дизайн апаратного забезпечення драйвера

Як провідний виробник сервоприводу, продукція Tonghang в основному складається з апаратних компонентів, включаючи контрольні мікросхеми, ланцюги драйверів, ланцюги живлення, схеми виявлення напруги, струми відбору проб, схеми інтерфейсу зв'язку та схеми інтерфейсу кодера. Ці схеми дозволяють різні функції сервоприводу та забезпечити стабільну та надійну роботу системи. Тому в дослідженнях обладнання Servo Driver аналіз та інтеграція кожної схеми мають вирішальне значення.

1. Вибір чіпів

Схема управління обладнанням відіграє вирішальну роль у сервоприводі. Він в першу чергу відповідає за вибірки аналогових сигналів, підрахунку імпульсів кодера двигуна та виведення змін світла ШІМ для управління інверторним ланцюгом через алгоритм управління, тим самим досягаючи точного контролю серводвигуна.

Як основна компонент контролера сервоприводу, схема управління виконує кілька функцій:
1) Швидка реакція: схема управління повинна бути в змозі швидко реагувати на сигнали зворотного зв'язку датчика та інструкції з алгоритму управління для досягнення швидкого та точного управління двигуном.
2) Висока надійність: ланцюг управління повинен пройти сувору конструкцію та випробування, щоб забезпечити стабільну та надійну роботу, захищаючи безпеку та стабільність усієї системи.
3) High - Обчислення швидкості: Реалізація алгоритму управління вимагає великої кількості високої - обробки швидкості швидкості, тому мікросхема управління схема повинна мати високу - можливості обробки продуктивності та обчислювальну швидкість.
4) Високий - Пекційний контроль: Для досягнення високого - Показовий контроль двигуна, схема управління вимагає високих можливостей - точності обробки даних, щоб забезпечити точність та точність алгоритму управління . 5) реального -} in in inder in the Motoring in the rente in the rente in the rente in the rente in the motion rente rente in the motion rente motion control gight, що потребує моніторингу. щоб виявити та обробляти ненормальні ситуації в часі та захистити нормальну роботу двигуна та системи. Отже, для вибору мікросхеми схеми управління необхідно повністю розглянути вищезазначені вимоги, щоб гарантувати, що схема управління може стабільно, точно та ефективно досягти точного управління сервомоторним двигуном та забезпечити стабільну роботу всієї системи.

2.

Вихідна схема приводу сервоприводу - це ключовий компонент, який перетворює сигнали управління в рух двигуна. Він складається з трьох - фазової половини - ланцюг мостового приводу, що складається з шести n - каналів MOS -транзисторів. Ліжок вихідного приводу також включає схему зворотного зв'язку струму, яка розбиває вихідний струм на два шляхи та передає їх у схему відбору диференціального струму. Потім ця схема повертається до системи управління, завершуючи закрите - управління циклом.

3. Диференціальна схема відбору проб

Диференціальні схеми відбору проб зазвичай використовуються для вимірювання та набуття змін сигналів струму фази сервомотору. Ця схема має вирішальне значення для управління та захисту сервоприводів. Сигнали струму фази двигуна, виміряні схемою вибірки диференціального струму, є основними вхідними параметрами, необхідними для керування двигуном, і безпосередньо відображають навантаження та робочий стан двигуна. Сервоприводи використовують закриті - системи управління циклом для досягнення точного управління рухом сервомоторя. Диференціальна схема відбору проб надає сигнали зворотного зв'язку, які використовуються для регулювання вихідного струму двигуна для досягнення потрібних характеристик та положення руху. Діаграма відбору проб диференціального струму показана на малюнку. Далі наведено процес вибірки диференціального струму.

По -перше, датчик струму перетворює фазовий струм двигуна в сигнал струму. Ці поточні сигнали представляють поточний, споживаний двигуном під час роботи. Далі, диференціальна схема відбору проб розбиває сигнал струму на два шляхи і проводить диференціальне вимірювання між двома шляхами, щоб отримати різницю між поточними сигналами. Потім цей диференціальний сигнал обробляється оперативним підсилювачем. Оперативний підсилювач у схемі вибірки диференціального струму підсилює диференціальний сигнал, перетворює струм у напругу та покращує амплітуду та стабільність сигналу. Нарешті, оброблений сигнал служить входом до системи управління зворотним зв'язком. Порівнюючи сигнал зворотного зв'язку зі встановленим значенням, система управління регулює вихід двигуна для досягнення потрібного стану руху.

4. Ліжок живлення кодера

Кодер Servo Motor потребує окремого джерела живлення. Для забезпечення належної роботи та точного зворотного зв'язку з положенням він повинен постачатися з відповідним джерелом живлення. Кодер сервомотора, вибраний Tonghang, використовує джерело живлення 5В, тому схема джерела живлення кодера повинна знизити вхідне джерело живлення, щоб забезпечити стабільну та надійну роботу та точні сигнали зворотного зв'язку положення.

Схема живлення кодера показана на малюнку. Після підключення до зовнішнього джерела живлення 24 В постійного струму вхідна живлення спочатку проходить через кілька паралельних конденсаторів. Ці конденсатори зменшують шум і пульсацію в вхідному джерелі живлення та стабілізують напругу. A DC - DC Крок - Чіп регулятора вниз, а потім виконує перший крок - вниз, зменшуючи напругу живлення до 8V. Отримана напруга 8В має два напрямки: по -перше, вона використовується як джерело живлення для ланцюга драйверів виходу; По -друге, після фільтрації та стабілізації напруги через кілька паралельних конденсаторів регулятор стабілізує вхідну напругу 8В до вихідної напруги +5 V. Лінійний регуляторний чіп використовує внутрішню схему для стабілізації вхідної напруги до вказаної вихідної напруги. Цей регулятор виводить фіксовану напругу +5 V.

5. Схема мережевого інтерфейсу

Схема мережевого інтерфейсу - це ланцюг інтерфейсу Ethernet, яка з'єднує комп'ютери або мережеві пристрої, несучи функцію зв'язку між рабом та головним. Спілкування між рабом і майстром вимагає зовнішнього мережевого кабелю. Однак, хоча контролер підлеглого має інтерфейс PHY, він не може бути безпосередньо підключений до мережевого інтерфейсу кабелю. Тому для підключення мережевого кабелю необхідний додатковий інтерфейс мережевого кабелю для спілкування з майстром.

Порти Ethernet серії Tonghang, як правило, розроблені для високої передачі та обробки сигналу частоти, пропонуючи високу продуктивність та стабільність. Побудований порт - в трансформаторі магнітної мережі підвищує передачу та стабільність сигналу під час передачі даних, запобігаючи зовнішньому перешкоді та електричному шуму до досягнення пристрою. Побудований - в конденсаторах та резисторах також фільтрує та ізолюють сигнали, що ще більше покращує стійкість та стійкість до перешкод.

6. Схема інтерфейсу кодера

Кодер є ключовим компонентом у серво системи, що забезпечує положення та зворотній зв'язок з швидкістю. Кодер виводить імпульсні сигнали, що представляють обертання двигуна. Схема інтерфейсу кодера інтерпретує ці імпульсні сигнали і перетворює їх у інформацію, як фактичне положення та швидкість двигуна. Схема інтерфейсу кодера також постачає кодер з 5 В живленням, який відскакує ланцюгом живлення кодера, забезпечуючи стабільне джерело живлення під час роботи.

Кодер Servo Motor - це додатковий кодер. Цей кодер генерує імпульсні сигнали для позначення змін положення. Ці імпульсні сигнали складаються з фаз А, В і Z. Фази A і B використовуються для вимірювання положення та напрямку, тоді як фаза Z зазвичай використовується для ідентифікації опорної точки або нульового положення.

7. USB - to - Серійна схема

ASB - до - Серійна схема Вмикає зв'язок між сервоприводом та комп'ютером. Як основний компонент усього ланцюга, він перетворює дані, отримані з інтерфейсу USB, у послідовний формат і надсилає серійні дані на привід сервоприводу, і навпаки. USB - до - Серійна схема показана на малюнку.

8. Схема інтерфейсу гальмування

Схема гальмівного інтерфейсу керує гальмівною дією сервомотора, що дозволяє йому швидко та точно зупинятися. Схема гальмівного інтерфейсу отримує сигнали управління гальмами або сигнали вивільнення гальма та перетворюють їх у відповідні сигнали управління, щоб активувати або деактивувати гальмівну дію сервоприводу. Схема інтерфейсу гальм показана на малюнку. Оперативний підсилювач (OP AMP) на малюнку є ключовим компонентом ланцюга гальмівного інтерфейсу. Коли інтерференційні сигнали вводять сигнал гальмування, підсилювач OP, поєднаний з схемою фільтру, фільтрує вхідний сигнал, знімаючи перешкоди та зберігаючи дійсну частину гальмівного сигналу. AMP OP також виконує кілька функцій, включаючи посилення, порівняння та кондиціонування сигналу.

9. Лхіва виявлення напруги живлення

Схема виявлення напруги живлення контролює рівень напруги живлення, щоб забезпечити стабільність у визначеному робочому діапазоні. Контролюючи напругу живлення в режимі реального часу, схема виявлення напруги живлення допомагає покращити безпеку та надійність системи. На малюнку 13 показана схема виявлення напруги живлення. Після поділу напруги напруга на 22q відбирається через порт вибірки АЦП. Потім програмне забезпечення обчислює, чи відповідає фактична напруга необхідна напруга. Тільки тоді, коли значення напруги є нормальним, може нормально працювати сервопривід.

10. Світлодіодна схема та схема комутатора

Додано схему комутатора, щоб перевірити функцію введення IO підлеглого, тоді як світлодіодна схема перевіряє свою функцію виходу IO. Як показано на малюнку, схема комутатора підключена до напруги 3,3 В. До ланцюга додається резистор для усунення механічної вібрації. У дизайні світлодіодного ланцюга, показаного на малюнку, один кінець світлодіода підключений до GND, а інший кінець може бути освітлений, просто виводячи високий рівень з мікропроцесорного штифта. Світлодіод працює при 1,2 В, а крок - вниз схема використовується для відмови від напруги 3.3 В. Крок - вниз ланцюг показаний на малюнку 15. Крок 3.3V - вниз ланцюг, розроблений за допомогою мікросхеми регулятора напруги AMS117, генерує напругу 1,2 В для світлодіодного ланцюга.

11.

Значення температури відбирають і обробляються за допомогою датчика температури NTC (негативного температури), який підключений до АЦП. NTC - це негативний температурний коефіцієнт термістор, опір якого зменшується зі збільшенням температури. Оскільки опір NTC змінюється експоненціально з температурою, температуру можна зробити вимірюванням опору. Коли струм проходить через датчик температури NTC, він генерує певну кількість тепла. Якщо це тепло не може бути розсіюється в часі, температура датчика температури NTC підніметься, внаслідок чого його стійкість знизиться. У цьому випадку струм значно збільшиться, внаслідок чого температура датчика температури NTC піднімається далі, утворюючи порочний цикл, який в кінцевому підсумку може призвести до перегріву датчика температури NTC, навіть змушуючи його спалювати або загорітися.

12. Реалізація обладнання

Реалізація обладнання в першу чергу передбачає сервопривод. На малюнку показано схему приводу сервоприводу.

Тонганг провів детальну конструкцію обладнання Servo Drive та завершив його реалізацію обладнання. Він провів у дослідженні глибини - на кожному модулі, включаючи мікроконтролер, контролер підлеглого, схему приводу, схему відбору диференціального струму, схему інтерфейсу кодера та ланцюг мережевого кабелю. Він також продемонстрував фактичну плату.