Οι τεχνολογίες αυτοματισμού και ρομποτικής βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στους κινητήρες και τα συσχετιζόμενα IC ελέγχου και οδηγού.και να ρυθμίσει στενά τη λειτουργία του συστήματος με βάση τον κινητήρα, φορτίου και συνολικών προτεραιοτήτων απόδοσης.
Ωστόσο, η εγκατάσταση αυτών των πολύπλοκων ενσωματωμένων συστημάτων και η αξιολόγηση της πιθανής απόδοσης του συστήματος με βάση αποκλειστικά προδιαγραφές ή προσομοιώσεις είναι μια πρόκληση.και μπορεί να φέρει αβεβαιότητα κατά τη διάρκεια της ανάπτυξηςΗ καλύτερη προσέγγιση ανάπτυξης είναι να χρησιμοποιούνται πίνακες αξιολόγησης για να επιτρέπεται ο παράλληλος σχεδιασμός, διάταξη και ανάπτυξη λογισμικού.
Το άρθρο αυτό επικεντρώνεται στις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι σχεδιαστές κατά τη χρήση κυκλικών διακυμάνσεων ελέγχου κίνησης, καθώς και στον ρόλο των επιτροπών αξιολόγησης στην αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων.Εισήχθησαν τα τυπικά IC και οι σχετικοί πίνακες αξιολόγησης από τις αναλογικές συσκευές, η οποία μείωσε το χρόνο που απαιτείται για την κυκλοφορία του προϊόντος, επιτυγχάνοντας έγκαιρες και ρεαλιστικές αξιολογήσεις, ενώ μειώνει τις αβεβαιότητες σχετικά με το υλικό και το λογισμικό.
Επισκόπηση των απαιτήσεων για το σύστημα ελέγχου κίνησης IC
Το IC ελέγχου κίνησης παρέχει την ευφυΐα που απαιτείται για τον έλεγχο των κινητήρων και των εσωτερικών συσκευών ισχύος τους, όπως τα MOSFET που οδηγούν τις περιέλιξεις του κινητήρα.τροχιά, καμπύλη κίνησης και απόδοση υπό στατικές και δυναμικές λειτουργικές συνθήκες και συνθήκες φορτίου, και για να χειριστούν τις διαταραχές, τους παροδικούς και τα σφάλματα, τόσο οι κινητήρες όσο και τα MOSFET πρέπει να διαχειρίζονται προσεκτικά.
Για να συμβάλουν στην αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, οι προμηθευτές driver IC παρέχουν πίνακες αξιολόγησης.και αξιολόγηση των επιδόσεων με τη διενέργεια δοκιμών υλικού σε βρόχο (HITL) υπό πραγματικές συνθήκες κινητήρα και πραγματικού φορτίουΕξασφαλίζουν επίσης ότι η φυσική διάταξη του IC και των γύρω κυκλωμάτων είναι κατάλληλα καθορισμένη όσον αφορά τη διανομή ισχύος, τις παρασιτικές επιπτώσεις,συνδέσεις και μορφότυπα εισόδου/εξόδου (Ε/Ε)Οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτούς τους πίνακες αξιολόγησης (όπως πίνακες μεσαίου μεγέθους, βασικοί πίνακες υποκαταστήματος (BOB) ή αρθρωτές λύσεις) για την αξιολόγηση διαφορετικών ρυθμίσεων,διαμορφώσεις, και επιλογές για τον καθορισμό της πλέον κατάλληλης λύσης για την εφαρμογή.
Κύκλος ελέγχου κινητήρα και σχετικός πίνακας αξιολόγησης
Ένα καλό παράδειγμα ενός διασταυρωτή ελέγχου κινητήρα είναι το TMC5130A-TA-T από την σειρά Analog Devices TMC5130.Είναι ένας υψηλής απόδοσης ρυθμιστής και οδηγός βήματος με σειριακή επικοινωνία και περιλαμβάνει μια ευέλικτη γεννήτρια ράμπας για αυτόματη τοποθέτηση στόχου.
Ο οδηγός υιοθετεί προηγμένο αλγόριθμο StealthHop ελικόπτερο, το οποίο εξασφαλίζει σχεδόν μη θορύβου λειτουργία, υψηλότερη απόδοση, και βέλτιστη ροπή κινητήρα.Το TMC5130 ενσωματώνει πολλαπλά μοναδικά χαρακτηριστικά βελτίωσης μέσω της ολοκλήρωσης συστήματος οδηγού και ελεγκτή σε τσιπ (SoC)Για παράδειγμα, η γεννήτρια ράμπας SixPoint στο TMC5130 χρησιμοποιεί λειτουργίες DcStep, CoolStep και StallGuard2 για να βελτιστοποιεί αυτόματα κάθε κίνηση του κινητήρα.
Για να βοηθήσει τους σχεδιαστές να αρχίσουν να χρησιμοποιούν το TMC5130, το σύστημα πίνακα αξιολόγησης TMC5130-EVAL (σχήμα 1) παρέχει μια βολική πλατφόρμα υλικού και φιλικά προς το χρήστη εργαλεία λογισμικού αξιολόγησης.Το σύστημα των επιτροπών αξιολόγησης αποτελείται από τρία μέρη:: η γέφυρα σύνδεσης υποστρώματος (αριστερά) που συνδέεται με τον υπολογιστή, η πλακέτα σύνδεσης (μέσα) που περιλαμβάνει πολλαπλά σημεία δοκιμής και η πλακέτα TMC5130-EVAL (δεξιά).
Εικόνα του πίνακα αξιολόγησης των αναλογικών συσκευών TMC5130-EVAL (δεξιά) και του φορτίου του κινητήρα (κοντά δεξιά) (κάντε κλικ για να μεγαλώσετε)
Σχήμα 1:Το πίνακα αξιολόγησης TMC5130-EVAL (δεξιά πλευρά) και το φορτίο του κινητήρα (ακροδεξιά πλευρά) είναι διαμορφωμένα μέσω μιας γέφυρας USB που συνδέεται με το υπόστρωμα του υπολογιστή (αριστερή πλευρά) και ενός πίνακα σύνδεσης με σημεία δοκιμής (μέσα)(Πηγή εικόνας: Analog Devices)
Για τους σχεδιαστές που επιθυμούν να αναπτύξουν περισσότερα κυκλώματα με βάση τον πυρήνα TMC5130, η Analog Devices παρέχει την πλακέτα διανομής TMC5130A-BOB (Σχήμα 2, πάνω).Η πλακέτα αυτή παρέχει τις βασικές διασυνδέσεις που απαιτούνται για τη λειτουργία και ελέγχεται μέσω της διεπαφής SPIΤο σχεδιακό διάγραμμα (σχήμα 2, κάτω) δείχνει το απλούστερο κύκλωμα που παρέχεται για την εφαρμογή της λειτουργίας IC TMC5130.
Εικόνα και σχήμα των αναλογικών συσκευών TMC5130A-BOB (κάντε κλικ για να μεγαλώσετε)
Σχήμα 2: Το TMC5130A-BOB (πάνω) παρέχει μια βασική μέθοδο αξιολόγησης, με τα σημεία σύνδεσης να τοποθετούνται κατά μήκος των άκρων του αντί για διακριτές συνδέσεις.Το σχεδιακό διάγραμμα (κάτω) δείχνει το απλούστερο κύκλωμα που απαιτείται για να λειτουργήσει το TMC5130 IC(Πηγή εικόνας: Analog Devices)
Το κιτ αξιολόγησης TMC5240-EVAL βασίζεται στην ώριμη πλατφόρμα TMC5130-EVAL, με στόχο την απλούστευση της αξιολόγησης του ηλεκτρικού κινητήρα επόμενης γενιάς.ανίχνευση μη καταστροφικού ρεύματος, και προηγμένες λειτουργίες ελέγχου κίνησης, συμπεριλαμβανομένης της βελτιστοποιημένης γεννήτριας ράμπας Jerk και της εξαιρετικά ήσυχης λειτουργίας StealthShop2 TM, που επιτρέπει ταχύτερη εκκίνηση, ευκολότερη αποδιορθώσεις,και αποτελεσματικότερη επαλήθευση της ομαλής και ακριβούς απόδοσης του κινητήρα.
Η προηγμένη τεχνολογία ελέγχου εξαλείφει την ανάγκη για αισθητήρες ανατροφοδότησης
Ο έλεγχος προσανατολισμού πεδίου (FOC), επίσης γνωστός ως έλεγχος διανυσμάτων, είναι μια όλο και πιο δημοφιλής μέθοδος για τον έλεγχο πολλαπλών κινητήρων, επειδή σε πολλές περιπτώσεις,εξαλείφει την ανάγκη για αισθητήρες ανατροφοδότησης, όπως κωδικοποιητές ή αισθητήρες φαινομένου Hall, καθώς και τα σχετικά έξοδα και μεγέθη τους.Ο κύριος συμβιβασμός μεταξύ των τεχνολογιών FOC και μη FOC είναι ότι η FOC απαιτεί την πραγματική εκτέλεση μεγάλου αριθμού υπολογισμών υψηλής ακρίβειας και πράξεων μήτρας.
Το κυκλικό σύστημα ελέγχου κινητήρα TMC4671-LA της Analog Devices έχει σχεδιαστεί ειδικά για FOC, με ενσωματωμένους αλγόριθμους και ειδικές μηχανές ικανές να εκτελούν τους απαιτούμενους πολύπλοκους υπολογισμούς.Αυτό το ελεγκτή για DC, brushless DC (BLDC) και σταπτέρ κινητήρες παρέχουν έλεγχο ροπής μέσω FOC και έλεγχο ταχύτητας και θέσης μέσω ελέγχου καταρράκτη.
Το TMC4671-A υποστηρίζει συνδέσεις SPI και UART και μπορεί να εκτελέσει βασική επικοινωνία με μονάδες μικροελεγκτών παρακολούθησης χαμηλού επιπέδου (MCU).συμπεριλαμβανομένου του ενσωματωμένου ADC, διεπαφή αισθητήρα θέσης για προαιρετική ανατροφοδότηση, διαμεσολαβητής θέσης κ.λπ., παρέχοντας έναν πλήρως λειτουργικό ελεγκτή σερβο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σερβο.
Ο πίνακας αξιολόγησης TMC4671-EVAL (σχήμα 3) για το TMC4671-A απλοποιεί τη διαδικασία διαμόρφωσης των απαιτούμενων παραμέτρων FOC και αξιολόγησης της απόδοσης του κινητήρα στο πλαίσιο αυτού του προηγμένου συστήματος ελέγχου.Οι σχεδιαστές συνέδεσαν το TMC4671-EVAL με τη γέφυρα σύνδεσηςΗ ρύθμιση αυτή επιτρέπει την εύκολη ρύθμιση των αναλογικών ολοκληρωμένων (PI) ελεγκτών και των συστημάτων ανατροφοδότησης,και υποστηρίζει τη λειτουργία του κινητήρα σε κανονική θέση, ταχύτητας και ροπής.