Khi đi trong thang máy, bạn chắc chắn muốn đi từ tầng này sang tầng khác một cách trơn tru và an toàn. Trong một ổ thang máy, điều khiển chuyển động tinh vi cho phép thang máy dừng ở một vị trí cụ thể và giảm tốc một cách trơn tru cho đến khi dừng lại hoàn toàn. Thiếu điều khiển chuyển động tinh vi có thể khiến thang máy dừng nhầm giữa các tầng, điều này có thể khiến người lái thang máy cảm thấy chóng mặt và không thoải mái hoặc không an toàn.
Robot, máy điều khiển số máy tính (CNC) và thiết bị tự động hóa nhà máy đều yêu cầu kiểm soát vị trí chính xác thông qua các ổ đĩa servo và trong nhiều trường hợp, kiểm soát tốc độ chính xác để sản xuất sản phẩm đúng cách và duy trì quy trình làm việc.
Nhiều khía cạnh của các ổ đĩa công nghiệp rất quan trọng trong việc đạt được điều khiển chuyển động chính xác, bao gồm ba hệ thống con cơ bản trong thiết kế điều khiển thời gian thực, cụ thể là cảm nhận, xử lý và lái xe. Bài viết này sẽ thảo luận về các ví dụ về các công nghệ hỗ trợ mỗi hệ thống con.
Cảm nhận
Điều khiển chuyển động chính xác không thể được thực hiện mà không có vị trí chính xác và cảm biến vận tốc. Cảm biến có thể bao gồm vị trí góc trục động cơ và cảm biến vận tốc hoặc vị trí tuyến tính băng chuyền và cảm biến vận tốc. Các nhà thiết kế thường sử dụng bộ mã hóa quang gia tăng với hàng trăm đến một nghìn khe cho mỗi vòng quay để cảm nhận vị trí và vận tốc. Các bộ mã hóa này thường được kết nối với các bộ vi điều khiển (MCU) thông qua các xung được mã hóa qua hai (QEP) và do đó yêu cầu khả năng giao diện QEP.
Ngược lại, bộ mã hóa tuyệt đối chính xác hơn đáng kể, thường có nhiều khe trên mỗi vòng quay và được gắn chính xác để cung cấp vị trí góc tuyệt đối. Vị trí cảm biến được chuyển đổi thành một biểu diễn kỹ thuật số và được mã hóa theo một giao thức tiêu chuẩn. Ví dụ về các giao thức như vậy là định dạng T của Tamagawa và đồng bộ hóa nối tiếp hai chiều của IC-HAUS GMBH (BISS) C. Trước đây, bạn cũng sẽ cần một mảng cổng lập trình trường (FPGA) để giao diện với bộ mã hóa như vậy, nhưng nhiều hơn và nhiều hơn MCUS Bây giờ có khả năng này (như trong Hình 1 dưới đây). Bởi vì các giao thức định dạng T và BISS C thường khác với các giao diện hoặc giao diện được hỗ trợ bởi các cổng hoặc giao diện truyền thông phổ biến như giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI), máy phát máy thu không đồng bộ phổ quát (UART) hoặc mạng khu vực điều khiển (CAN), phổ biến Hầu hết các MCU, họ thường yêu cầu các khối logic có thể tùy chỉnh hoặc các đơn vị xử lý độc quyền.
Bộ mã hóa tuyệt đối cũng có thể dựa trên các mạch điện từ hoặc chất phân giải, đòi hỏi phải đo chính xác các tín hiệu điện hình sin. Do đó, các bộ khuếch đại hoạt động chính xác và tham chiếu điện áp cũng rất quan trọng. Điều khiển động cơ và chuyển động luôn yêu cầu hiện tại và phát hiện điện áp chính xác, đặc biệt là khi sử dụng điều khiển không cảm biến. Các giải pháp phổ biến là phát hiện phía thấp của cầu và cánh tay Biến tần bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại và trình điều khiển không bị phân lập và không bị phân lập với phát hiện dòng điện phía thấp tích hợp.
Xử lý
Việc thực hiện các cấu hình và thuật toán điều khiển chuyển động trong các hệ thống điều khiển chuyển động chính xác đòi hỏi MCU có công suất tính toán cao, thường là 32- độ dài từ bit với độ chính xác và độ chính xác cần thiết để cung cấp độ chính xác và độ chính xác cần thiết . Nhiều MCU có bàn đạp khí phần cứng vì các thuật toán phụ thuộc rất nhiều vào toán học lượng giác, logarit và theo cấp số nhân.
Với số lượng trục chuyển động được kiểm soát hoặc số lượng vòng điều khiển, các nhà thiết kế thường sử dụng kiến trúc bộ xử lý đa trung tâm (CPU) hoặc bàn đạp khí song song giống như CPU. Nhiều CPU cũng có thể được xem xét cho các nhiệm vụ giám sát và giao tiếp bổ sung.
Là một ứng dụng điều khiển thời gian thực, tổng độ trễ của toàn bộ chuỗi tín hiệu (tức là thời gian từ việc thu thập các phép đo dòng điện, điện áp, vị trí và vận tốc để cập nhật đầu ra điều khiển) có tác động trực tiếp đến hiệu suất điều khiển , và do đó về tính chính xác. Một số MCU có các bộ so sánh tương tự trên chip có thể tạo ra các hành động kiểm soát trực tiếp, giảm đáng kể độ trễ và tải CPU. Phản ứng ngắt nhanh và tiết kiệm trường và phục hồi cũng rất quan trọng.
Sức mạnh xử lý cao là không đủ. MCU điều khiển chuyển động cũng phải có các thiết bị ngoại vi điều khiển mục đích chung như 12- và 16- Bit chuyển đổi tương tự sang số, giao diện QEP, cạnh có độ phân giải cao và chụp xung và điều chế độ rộng xung (PWM ) đầu ra. Khả năng thực hiện logic và thời gian tùy chỉnh cũng được yêu cầu.
Để giúp các nhà thiết kế đứng dậy và điều chỉnh và điều chỉnh các thiết kế của họ nhanh hơn, các nhà cung cấp điều khiển MCU và động cơ cung cấp các thuật toán điều khiển động cơ và chuyển động, bao gồm các thuật toán cốt lõi như các nhà quan sát không cảm biến và thư viện phần mềm, cũng như mã điều khiển hoàn toàn với cấu hình GUI.
MCU cho các ổ đĩa công nghiệp
Trình điều khiển
Các thiết bị điện và trình điều khiển được yêu cầu cung cấp hành động điều khiển mong muốn, thường là dưới dạng PWM, trong đó chu kỳ nhiệm vụ đại diện cho hành động. Kiểm soát chính xác các xung PWM rất quan trọng, có nghĩa là người lái phải cung cấp cường độ ổ đĩa cần thiết với độ lệch thời gian nhỏ nhất có thể; Thiết bị điện phải bật và tắt vào chính xác thời gian dự định. Các trình điều khiển như vậy có sẵn ngày nay, với các tính năng bổ sung như bảo vệ quá dòng và nhiệt. Các thiết bị năng lượng Bandgap mới đảm bảo thời gian bật và tắt chính xác và chính xác. Tốc độ chuyển đổi nhanh và tổn thất chuyển mạch thấp của các thiết bị băng tần rộng cũng cho phép các vòng điều khiển nhanh để cải thiện tính ổn định và hiệu suất.
Ngoài độ chính xác, nhiều ứng dụng yêu cầu các thiết kế điều khiển động cơ đủ nhỏ gọn để sử dụng các trình điều khiển có mô -đun cung cấp năng lượng và cảm biến hiện tại tích hợp.
Phần kết luận
Kiểm soát chuyển động chính xác là rất quan trọng cho các ổ đĩa công nghiệp. Các giải pháp kỹ thuật giải quyết cả ba hệ thống con trong các thiết kế kiểm soát thời gian thực, cảm biến, xử lý và truyền động và được thiết kế để cho phép điều khiển chuyển động chính xác.