Servo varikliai ir diskai

Servo variklis

„Servo“ variklis yra variklio rūšis, galinti pasiekti tikslią padėtį, greitį ir sukimo momento valdymą, pagrįstą valdymo signalais automatinėse valdymo sistemose. „Servos“ siūlo aukštą tikslumą, našumą ir stabilumą, todėl jie yra plačiai naudojami programose, reikalaujančioms tikslios judesio valdymo. „Servo“ varikliai paprastai teikia tikrąjį - laiko padėtį ir greičio grįžtamąjį ryšį per grįžtamojo ryšio įtaisą (pvz., Koderį ar jutiklį), leidžiantį laiku sureguliuoti valdymo signalus, pagrįstus faktinėmis sąlygomis, kad būtų galima išlaikyti tikslią variklio padėtį. „Servo“ varikliai paprastai suskirstyti į tris tipus: „DC Servo“ variklius, „AC Servo“ variklius ir „Stepper Servo“ variklius.

„DC Servo“ varikliai yra variklio tipas, plačiai naudojamas automatinėse valdymo sistemose. Palyginti su įprastais nuolatinės srovės varikliais, jie turi uždarą - kilpos valdymo sistemą, įgalinančią realią - valdymo signalų reguliavimą pagal grįžtamojo ryšio signalus. „DC Servo“ varikliai siūlo didesnį greitį ir reagavimo greitį, taip pat didesnį sukimo momentą. Tačiau jiems reikalingas stabilesnis maitinimo šaltinis.

„AC Servo“ variklius sudaro statoriaus apvija ir besisukanti armatūra. Statoriaus apvija paprastai sukuria magnetinį lauką, o besisukanti armatūra neša apkrovą ir sukasi. Elektriniai varikliai veikia pasukdami vielos ritę magnetiniame lauke. „AC Servo“ varikliai pasiekia efektyvų ir tikslų judesio valdymą per skirtingus dabartinio ir magnetinio lauko derinius. „AC Servo“ varikliai siūlo didelį greitį, aukštą tikslumą ir didelį sukimo momentą, todėl jie yra tinkami programoms, kurioms reikalingas aukštas - našumo judesio valdymas, pavyzdžiui, robotika, automatizavimo įranga ir CNC staklės. Tačiau, palyginti su nuolatinės srovės varikliais, „AC Servo“ varikliams paprastai reikia sudėtingesnių valdymo sistemų ir paprastai yra brangesnės.

Servo diskai

„Servo“ pavara yra prietaisas, naudojamas valdyti servo variklio judesį ir yra nepakeičiamas servo sistemos komponentas. Paprastai jis naudojamas kartu su servo varikliu, kad būtų pasiekta tiksli padėtis, greitis ir jėgos valdymas. „Servo“ diskai paprastai integruoja įvairius valdymo algoritmus, kad tiksliai sureguliuotų variklio greitį ir padėtį pagal valdymo signalus. Jie palaiko kodavimo įrenginių atsiliepimus, įgalindami realią - variklio padėties ir greičio stebėjimo laiką, pasiekdami uždarą - kilpos valdymą ir gerinant valdymo tikslumą ir stabilumą. Jie taip pat aprūpinti įvairiomis ryšių sąsajomis, kad galėtų susisiekti su pagrindiniu kompiuteriu ar kitais įrenginiais, įgalindami nuotolinio stebėjimo ir valdymo įgalinimą. „Servo“ pavaros taip pat apima įvairias apsaugos ypatybes, tokias kaip perteklinė srovė, perpildyta, viršįtampė ir fazių nuostolių apsauga, kad variklis ir pavara veiktų saugiuose diapazonuose. Pagrindinė „Servo“ disko funkcija yra gauti valdymo signalus ir, naudojant vidaus valdymo algoritmus, paversti juos srove, kad būtų galima valdyti servo variklį ir taip pasiekti tikslų padėties valdymą.

Sparčiai plėtojant „Power Electronics“ technologijas ir šiuolaikinę kontrolės teoriją, visiškai skaitmeninės servo disko sistemos tapo pagrindinėmis. „Servo“ diskai taip pat juda link aukšto tikslumo, aukšto našumo, integracijos, moduliacijos, universalumo, tinklų kūrimo ir intelekto.
 

1) Aukštas tikslumas ir didelis našumas
Paprastai „Servo“ diskai dažnai naudoja aukštus - greičio mikrovaldiklius kaip pagrindinius procesorius, kad padidintų skaičiavimo greitį ir apdorojimo galią. Didėjant kodavimo įrenginių tikslumui, pagerėjo servo diskų veikimas ir valdymo tikslumas mažu greičiu, todėl jie ypač populiarūs aukštai - tikslioje pramoninėje robotikoje. Pažangių valdymo metodų ir strategijų, tokių kaip patobulintas netiesinis valdymas ir parametrų identifikavimas bei savęs - derinimas, įvedimas dar labiau padidino servo diskų veikimą.

2) Integracija ir moduliškumas

Miniatiūrizuojant pramoninius robotus ir nuolat tobulinti puslaidininkių technologijas, servo diskai ir varikliai juda miniatiūrizacijos, integracijos ir integracijos link. Ši tendencija žymiai padidino servo valdiklių skaičiavimo galią, o integruota ARM, DSP ir FPGA valdikliai tampa pagrindiniais.

Moduliškumas apima servo diskų padalijimą į modulius, atsižvelgiant į jų funkcijas ir derinant juos, kad būtų patenkinti specifiniai poreikiai. Moduliškumui reikia sukurti ir projektuoti atskirus modulius, kuriuos vėliau galima sujungti, kad būtų patenkinti specifiniai poreikiai, sumažinant projektavimo išlaidas. Moduliškumas taip pat padidina sistemos lankstumą ir palengvina „Servo“ pavaros sistemų priežiūrą.

3) universalizavimas
Universalizavimas integruoja įvairias servo disko funkcijas, leidžiančias vartotojams valdyti įvairius veikimo režimus, tokius kaip uždaryti - kilpos vektoriaus valdymas, variklio valdymas ir atidaryti - kilpos vektoriaus valdymą, nekeisdami aparatūros konfigūracijos, įgalinant pritaikymą įvairiose darbo aplinkose.

Šiuo metu „Universal Servo“ diskai yra gana brangūs ir vis dar trūksta optimalaus pritaikymo tam tikrose programose. Todėl norint sumažinti išlaidas ir pasiekti miniatiūrizaciją, būtina projektuoti specializuotus servo diskus.

4) Tinklo kūrimas
Nuolat tobulėjant pramoninėms technologijoms ir didėjantiems reikalavimams, kylantiems pramoninei aplinkoje, lauko magistro ryšių technologijos, tokios kaip RS485 ir gali, dažnai būdingos prastai realiems - laiko komunikacijai ir mažam komunikacijos greičiui, vis labiau nesugeba patenkinti šiuolaikinės pramonės gamybos reikalavimų. Taigi pramoninės eterneto magistralės technologijos, tokios kaip „EterCat“, pradedamos naudoti serveryje - valdomos sistemos. Pramoninės eterneto autobusų technologijos gali atitikti tikrus - laiko kontrolės reikalavimus ir yra plačiai naudojamos pramonės kontrolės pramonėje.

5) Intelektas
Pramoninės robotikos srityje žvalgyba šiuo metu yra pagrindinė servo diskų kūrimo tendencija. Vykdydamas intelektualias kontrolės strategijas, servo diskai turi dirbtinio intelekto ypatybes, tokias kaip aš - adaptacija ir savęs - mokymasis. „Servo“ diskų intelektas supaprastina ir žymiai sumažina pramoninių robotų derinimo laiką. Tai taip pat žymiai sumažina techninius darbuotojų derinimo reikalavimus ir taip sumažina veiklos sąnaudas.

Vairuotojo aparatinės įrangos dizainas

Kaip pagrindinis „Servo“ vairuotojų gamintojas, „Tonghang“ produktus pirmiausia sudaro aparatinės įrangos komponentai, įskaitant valdymo lustus, tvarkyklės grandines, maitinimo šaltinio grandines, įtampos aptikimo grandines, dabartines mėginių ėmimo grandines, ryšio sąsajos grandines ir kodavimo sąsajos grandines. Šios grandinės įgalina įvairias „Servo“ tvarkyklės funkcijas ir užtikrina stabilų ir patikimą sistemos veikimą. Todėl atliekant „Servo“ vairuotojų aparatūros tyrimus, kiekvienos grandinės analizė ir integracija yra esminė.

1. lusto pasirinkimas

Aparatūros valdymo grandinė vaidina lemiamą vaidmenį servo diske. Jis pirmiausia yra atsakingas už analoginių signalų mėginių ėmimo, skaičiuojant variklio kodavimo impulsų impulsus ir išvesti PWM bangos formas, kad būtų galima valdyti keitiklio grandinę per valdymo algoritmą ir taip tiksliai valdyti servo variklio valdymą.

Kaip pagrindinis servo disko valdiklio komponentas, valdymo grandinė atlieka kelias funkcijas:
1) Greitas atsakymas: Valdymo grandinė turi sugebėti greitai reaguoti į jutiklio grįžtamojo ryšio signalus ir valdymo algoritmo instrukcijas, kad būtų pasiektas greitas ir tikslus variklio valdymas.
2) Aukštas patikimumas: Valdymo grandinė turi būti griežtai projektuojama ir bandoma, kad būtų užtikrintas stabilus ir patikimas veikimas, apsaugoti visos sistemos saugumą ir stabilumą.
3) Aukšta - greičio skaičiavimas: Valdymo algoritmo įgyvendinimas reikalauja didelio kiekio aukšto - greičio duomenų apdorojimo, todėl valdymo grandinės mikroschemoje turi būti aukšta - našumo apdorojimo galimybės ir skaičiavimo greitis.
4) Aukštas - Tikslus valdymas: Norint pasiekti aukštą - tikslų variklio valdymą, valdymo grandinei reikalinga aukšta - tikslumo duomenų apdorojimo galimybės Laikas, kad būtų galima aptikti ir tvarkyti nenormalias situacijas laiku ir apsaugoti įprastą variklio ir sistemos veikimą. Todėl norint pasirinkti valdymo grandinę lustų pasirinkimą, būtina visiškai apsvarstyti aukščiau pateiktus reikalavimus, kad būtų užtikrinta, jog valdymo grandinė gali stabiliai, tiksliai ir efektyviai pasiekti tikslų servo variklio valdymą ir užtikrinti stabilų visos sistemos veikimą.

2. Išvesties disko grandinė

„Servo“ disko išvesties disko grandinė yra pagrindinis komponentas, paverčiantis valdymo signalus į variklio judesį. Jį sudaro trys - fazė pusiau - tilto pavaros grandinė, sudaryta iš šešių n - kanalo MOS tranzistorių. Išėjimo pavaros grandinėje taip pat yra dabartinė grįžtamojo ryšio grandinė, kuri išėjimo srovę padalija į du kelius ir perduoda jas į diferencialinę srovės mėginių ėmimo grandinę. Tada ši grandinė grįžta į valdymo sistemą, užpildydama uždarą - kilpos valdiklį.

3. Diferencialinės srovės mėginių ėmimo grandinė

Diferencinės srovės mėginių ėmimo grandinės dažniausiai naudojamos norint įvertinti ir įgyti servo motorinės fazės srovės signalų pokyčius ir įgyti. Ši grandinė yra labai svarbi kontroliuojant ir apsaugant servo įrenginius. Variklio fazės srovės signalai, išmatuoti diferencialine srovės mėginių ėmimo grandine, yra pirminiai įvesties parametrai, reikalingi varikliui vairuoti ir tiesiogiai atspindėti variklio apkrovą ir darbo būseną. „Servo“ diskai naudojami uždarytos - kilpos valdymo sistemos, kad būtų galima tiksliai valdyti servo motorinį judesį. Diferencialinės srovės mėginių ėmimo grandinėje pateikiami grįžtamojo ryšio signalai, kurie naudojami pritaikant variklio išvesties srovę, kad būtų pasiektos norimos judesio charakteristikos ir padėties. Diferencinės srovės mėginių ėmimo grandinės schema parodyta paveikslėlyje. Toliau pateiktas diferencinis dabartinis atrankos procesas.

Pirma, dabartinis jutiklis variklio fazės srovę paverčia dabartiniu signalu. Šie dabartiniai signalai žymi srovę, kurią variklis sunaudoja veikimo metu. Toliau diferencinė srovės mėginių ėmimo grandinė suskaido srovės signalą į du kelius ir atlieka diferencinį matavimą tarp dviejų kelių, kad gautų skirtumą tarp dabartinių signalų. Tada šis diferencialinis signalas apdorojamas veikimo stiprintuvu. Diferencialinės srovės mėginių ėmimo grandinės veikimo stiprintuvas sustiprina diferencialinį signalą, konvertuoja srovę į įtampą ir pagerina signalo amplitudę bei stabilumą. Galiausiai apdorotas signalas yra įvestis į grįžtamojo ryšio valdymo sistemą. Palyginusi grįžtamojo ryšio signalą su nustatyta verte, valdymo sistema sureguliuoja variklio išvestį, kad pasiektų norimą judesio būseną.

4. Koderio maitinimo grandinė

Servo variklio kodavimo įrenginiui reikalingas atskiras maitinimo šaltinis. Norint užtikrinti tinkamą veikimą ir tikslią grįžtamąjį ryšį, jis turi būti tiekiamas su tinkamu maitinimo šaltiniu. „Tonghang“ pasirinktame „Servo“ variklio kodavimo įrenginyje naudojamas 5 V maitinimo šaltinis, todėl kodavimo įrenginio maitinimo grandinė turi atsisakyti gaunamo maitinimo šaltinio, kad būtų užtikrintas stabilus ir patikimas veikimas ir tikslios padėties grįžtamojo ryšio signalai.

Koderio maitinimo grandinė parodyta paveikslėlyje. Prisijungęs prie išorinio 24 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinio, įvesties galia pirmiausia praeina per kelis lygiagrečius kondensatorius. Šie kondensatoriai sumažina įvesties maitinimo šaltinio triukšmą ir virpėjimą ir stabilizuoja įtampą. A DC - DC žingsnis - žemyn reguliatoriaus lustas, tada atlieka pirmąjį žingsnį - žemyn, sumažindamas maitinimo įtampą iki 8 V. Gauta 8 V įtampa turi dvi paskirties vietas: pirma, ji naudojama kaip išvesties tvarkyklės grandinės maitinimo šaltinis; Antra, filtruodami ir stabilizavę įtampą per kelis lygiagrečius kondensatorius, reguliatorius stabilizuoja įvesties 8 V įtampą į +5 V išėjimo įtampą. Linijinis reguliatoriaus lustas naudoja vidinę schemą, kad stabilizuotų įvesties įtampą iki nurodytos išėjimo įtampos. Šis reguliatorius išveda fiksuotą +5 V įtampą.

5. Tinklo sąsajos grandinė

Tinklo sąsajos grandinė yra Ethernet sąsajos grandinė, jungianti kompiuterius ar tinklo įrenginius, vykdanti ryšio funkciją tarp vergo ir pagrindinio. Ryšiui tarp vergo ir meistro reikia išorinio tinklo kabelio. Vis dėlto, nors vergų valdiklis turi PHY sąsają, jis negali būti tiesiogiai prijungtas prie tinklo kabelio sąsajos. Todėl norint sujungti tinklo laidą, reikalinga papildoma tinklo kabelio sąsaja, kad būtų galima susisiekti su pagrindiniu.

„Tonghang“ serijos eterneto prievadai paprastai yra skirti aukštam - dažnio signalo perdavimui ir apdorojimui, siūlančiam aukštą našumą ir stabilumą. Uosto pastatytas - magnetinio tinklo transformatoriuje padidina signalo perdavimą ir stabilumą duomenų perdavimo metu, neleidžiant išoriniam trukdymui ir elektriniam triukšmui pasiekti įrenginį. Sukurtos - kondensatoriuose ir rezistoriuose taip pat filtruoja ir išskiria signalus, dar labiau pagerindami signalo stabilumą ir atsparumą trukdžiams.

6. Koderio sąsajos grandinė

Koderis yra pagrindinis servo sistemos komponentas, teikiantis padėties ir greičio grįžtamąjį ryšį. Koderis išveda impulsų signalus, kurie žymi variklio sukimąsi. Koderio sąsajos grandinė interpretuoja šiuos impulsų signalus ir paverčia juos informacija, tokią kaip faktinė variklio padėtis ir greitis. Koderio sąsajos grandinė taip pat tiekia kodavimo įrenginį su 5 V galia, kurią nuleidžia kodavimo įrenginio maitinimo grandinė, užtikrinanti stabilų maitinimo šaltinį veikimo metu.

„Servo“ variklio kodavimo įrenginys yra papildomas kodavimo įrenginys. Šis kodavimo įrenginys generuoja impulsų signalus, kad nurodytų padėties pokyčius. Šie impulsų signalai susideda iš A, B ir Z fazių. A ir B fazės yra naudojami padėčiai ir krypčiai išmatuoti, o Z fazė paprastai naudojama atskaitos taškui arba nulinei padėčiai nustatyti.

7. USB - į - nuoseklioji grandinė

USB - į - nuoseklioji grandinė suteikia ryšį tarp servo disko ir kompiuterio. Kaip pagrindinis visos grandinės komponentas, jis konvertuoja duomenis, gautus iš USB sąsajos į nuoseklųjį formatą, ir siunčia serijinius duomenis į servo diską, ir atvirkščiai. Pav.

8. Stabdžių sąsajos grandinė

Stabdžių sąsajos grandinė valdo „Servo Motor“ stabdymo veiksmą, leidžiančią greitai ir tiksliai sustoti. Stabdžių sąsajos grandinė priima stabdžių valdymo signalus arba stabdžių išleidimo signalus ir paverčia juos tinkamais valdymo signalais, kad suaktyvintų ar išjungtų servo disko stabdymo veiksmą. Stabdžių sąsajos grandinė parodyta paveikslėlyje. Figūros veikimo stiprintuvas (OP AMP) yra pagrindinis stabdžių sąsajos grandinės komponentas. Kai trukdžių signalai patenka į stabdžių signalą, OP stiprintuvas, sujungtas su filtro grandine, filtruoja įvesties signalą, pašalina trukdžius ir išlaikant galiojančią stabdžių signalo dalį. OP AMP taip pat atlieka kelias funkcijas, įskaitant signalo amplifikaciją, palyginimą ir kondicionavimą.

9. Maitinimo įtampos aptikimo grandinė

Maitinimo maitinimo įtampos aptikimo grandinė stebi maitinimo įtampos lygį, kad jis išliks stabilus nurodytame veikimo diapazone. Stebint maitinimo šaltinio įtampą realiuoju laiku, maitinimo įtampos aptikimo grandinė padeda pagerinti sistemos saugumą ir patikimumą. 13 paveiksle parodyta maitinimo įtampos aptikimo grandinė. Po įtampos padalijimo 22Q įtampa imamas per ADC mėginių ėmimo prievadą. Tada programinė įranga apskaičiuoja, ar tikroji įtampa atitinka reikiamą įtampą. Tik tada, kai įtampos vertė yra normali, servo pavara gali veikti normaliai.

10. LED grandinė ir jungiklio grandinė

Pridedama jungiklio grandinė, siekiant patikrinti vergo IO įvesties funkciją, o LED grandinė patikrina jo IO išvesties funkciją. Kaip parodyta paveikslėlyje, jungiklio grandinė yra prijungta prie 3,3 V įtampos. Prie grandinės pridedamas rezistorius, kad būtų pašalinta mechaninė vibracija. Paveiksle pavaizduotame LED grandinės dizaine vienas šviesos diodų galas yra prijungtas prie GND, o kitą galą galima apšviesti tiesiog išleidžiant aukštą lygį nuo mikroprocesoriaus kaiščio. LED veikia esant 1,2 V, o žingsnis - žemyn naudojamas grandinė žemyn, norint atsisakyti 3,3 V įtampos. Žingsnis - žemyn grandinė parodytas 15 paveiksle. 3,3 V žingsnis - žemyn grandinė, sukurta naudojant AMS117 įtampos reguliatoriaus lustą, sukuria 1,2 V įtampą LED grandinei.

11. Temperatūros matavimo grandinė

Temperatūros vertė imamas ir apdorojama NTC (neigiamos temperatūros koeficiento) temperatūros jutikliu, prijungtu prie ADC. NTC yra neigiamo temperatūros koeficiento termistorius, kurio atsparumas mažėja didėjant temperatūrai. Kadangi NTC pasipriešinimas keičiasi eksponentiškai atsižvelgiant į temperatūrą, temperatūrą galima nustatyti išmatuojant varžą. Kai srovė praeina per NTC temperatūros jutiklį, ji sukuria tam tikrą šilumos kiekį. Jei šios šilumos negalima išsklaidyti laiku, NTC temperatūros jutiklio temperatūra pakils, todėl jo atsparumas sumažėja. Tokiu atveju srovė žymiai padidės, todėl NTC temperatūros jutiklio temperatūra pakils toliau, sudarydama užburtą ciklą, kuris ilgainiui gali sukelti perkaitimą NTC temperatūros jutiklį, netgi sukeldamas jį degti ar užsidegti.

12. Aparatūros įgyvendinimas

Aparatūros įgyvendinimas pirmiausia apima servo diską. Paveikslėlyje parodyta servo pavaros diagrama.

Tonghangas atliko išsamų „Servo Drive“ aparatinės įrangos dizainą ir baigė savo aparatūros diegimą. Jis atliko - kiekvieno modulio gylio tyrimus, įskaitant mikrovaldiklį, vergų valdiklį, disko grandinę, diferencialinę srovės mėginių ėmimo grandinę, kodavimo sąsajos grandinę ir tinklo kabelio sąsajos grandinę. Jis taip pat pademonstravo tikrąją grandinės lentą.