로봇의 효율적인 서보 시스템

로봇 산업에서 서보 드라이브는 일반적인 주제입니다.Industry 4.0의 변화가 가속화됨에 따라 로봇의 서보 드라이브도 업그레이드되었습니다.현재의 로봇 시스템은 더 많은 축을 제어하는 ​​구동 시스템뿐만 아니라 더 지능적인 기능을 달성해야 합니다.

다축 산업용 로봇 작동의 각 노드에서, 세트 핸들링과 같은 작업을 완료하려면 3차원에서 다양한 크기의 힘을 사용해야 합니다.모터로봇에는정확한 지점에서 가변 속도와 토크를 제공할 수 있으며 컨트롤러는 이를 사용하여 다양한 축을 따라 이동을 조정하여 정확한 위치 지정이 가능합니다.로봇이 처리 작업을 완료한 후 모터는 로봇 팔을 초기 위치로 되돌리면서 토크를 줄입니다.

고성능 제어 신호 처리, 정밀 유도 피드백, 전원 공급 장치 및 지능형으로 구성됩니다.모터 드라이브, 이 고효율 서보 시스템정교한 거의 순간적인 반응, 정밀한 속도 및 토크 제어를 제공합니다.

고속 실시간 서보 루프 제어 - 제어 신호 처리 및 유도 피드백

서보 루프의 고속 디지털 실시간 제어를 실현하기 위한 기반은 마이크로 전자공학 제조 공정의 업그레이드와 불가분의 관계입니다.가장 일반적인 3상 전기 작동식 로봇 모터를 예로 들면, PWM 3상 인버터는 고주파 펄스 전압 파형을 생성하고 이러한 파형을 모터의 3상 권선에 독립 위상으로 출력합니다.세 가지 전력 신호 중에서 모터 부하의 변화는 감지되어 디지털화되어 디지털 프로세서로 전송되는 전류 피드백에 영향을 미칩니다.그런 다음 디지털 프로세서는 고속 신호 처리 알고리즘을 수행하여 출력을 결정합니다.

여기에는 고성능 디지털 프로세서가 요구될 뿐만 아니라 전원 공급 장치에 대한 엄격한 설계 요구 사항도 있습니다.먼저 프로세서 부분을 살펴보겠습니다.코어 컴퓨팅 속도는 자동화된 업그레이드 속도를 따라잡아야 하며 이는 더 이상 문제가 되지 않습니다.일부 작동 제어 칩모터 제어에 필요한 A/D 변환기, 위치/속도 감지 승수 카운터, PWM 생성기 등을 프로세서 코어에 통합하여 서보 제어 루프의 샘플링 시간을 대폭 단축하고 단일 칩으로 구현합니다.자동 가속 및 감속 제어, 기어 동기화 제어, 위치, 속도 및 전류의 3개 루프에 대한 디지털 보상 제어를 채택합니다.

속도 피드포워드, 가속도 피드포워드, 저역 통과 필터링, 새그 필터링과 같은 제어 알고리즘도 단일 칩에 구현됩니다.프로세서 선택은 여기서 반복되지 않습니다.이전 기사에서는 저비용 애플리케이션이든 프로그래밍 및 알고리즘에 대한 요구 사항이 높은 애플리케이션이든 다양한 로봇 애플리케이션을 분석했습니다.시장에는 이미 많은 선택이 있습니다.장점이 다릅니다.

전류 피드백뿐만 아니라 기타 감지 데이터도 컨트롤러로 전송되어 시스템 전압 및 온도의 변화를 추적합니다.고분해능 전류 및 전압 감지 피드백은 항상 과제였습니다.모터 제어.모든 션트/홀 센서에서 피드백 감지/자기 센서는 의심할 여지 없이 최고이지만 이는 설계가 매우 까다롭고 컴퓨팅 성능이 이를 따라잡아야 합니다.

동시에 신호 손실과 간섭을 피하기 위해 신호는 센서 가장자리 근처에서 디지털화됩니다.샘플링 속도가 증가함에 따라 신호 드리프트로 인해 데이터 오류가 많이 발생합니다.설계에서는 유도 및 알고리즘 조정을 통해 이러한 변화를 보상해야 합니다.이를 통해 서보 시스템은 다양한 조건에서도 안정적인 상태를 유지할 수 있습니다.

안정적이고 정밀한 서보 드라이브 - 전원 공급 장치 및 지능형 모터 드라이브

안정적인 고해상도 제어 전력을 갖춘 초고속 스위칭 기능을 갖춘 전원 공급 장치 안정적이고 정확한 서보 제어.현재 많은 제조업체에서는 설계가 훨씬 쉬운 고주파 재료를 사용하여 전력 모듈을 통합했습니다.

스위치 모드 전원 공급 장치는 컨트롤러 기반 폐쇄 루프 전원 공급 장치 토폴로지에서 작동하며 일반적으로 사용되는 두 가지 전원 스위치는 전력 MOSFET과 IGBT입니다.게이트 드라이버는 ON/OFF 상태를 제어하여 스위치 게이트의 전압과 전류를 조절하는 스위치 모드 전원 공급 장치를 사용하는 시스템에서 일반적입니다.

스위치 모드 전원 공급 장치 및 3상 인버터 설계에는 다양한 고성능 스마트 게이트 드라이버, FET가 내장된 드라이버, 제어 기능이 통합된 드라이버가 끝없이 등장합니다.내장된 FET와 전류 샘플링 기능의 통합 설계로 외부 부품의 사용을 크게 줄일 수 있습니다.PWM 및 인에이블, 상부 및 하부 트랜지스터, 홀 신호 입력의 로직 구성은 설계 유연성을 크게 높여 개발 프로세스를 단순화할 뿐만 아니라 전력 효율성도 향상시킵니다.

서보 드라이버 IC는 또한 통합 수준을 극대화하며, 완전히 통합된 서보 드라이버 IC는 서보 시스템의 뛰어난 동적 성능을 위해 개발 시간을 크게 단축할 수 있습니다.프리드라이버, 감지, 보호 회로 및 전력 브리지를 하나의 패키지에 통합하면 전체 전력 소비와 시스템 비용이 최소화됩니다.여기에는 Trinamic(ADI)의 완전 통합형 서보 드라이버 IC 블록 다이어그램이 나열되어 있습니다. 모든 제어 기능은 하드웨어, 통합 ADC, 위치 센서 인터페이스, 위치 보간기로 구현되며 모든 기능을 갖추고 다양한 서보 애플리케이션에 적합합니다.

 

완전히 통합된 서보 드라이버 IC, Trinamic(ADI)

요약

고효율 서보 시스템에서는 고성능 제어 신호 처리, 정밀한 유도 피드백, 전원 공급 장치 및 지능형 모터 구동이 필수적입니다.고성능 장치의 협력을 통해 실시간으로 로봇이 움직이는 동안 즉각적으로 반응하는 정확한 속도와 토크 제어를 제공할 수 있습니다.더 높은 성능 외에도 각 모듈의 고도의 통합은 더 낮은 비용과 더 높은 작업 효율성을 제공합니다.