Motor dan pemacu servo

Servo Motor

Motor servo adalah sejenis motor yang dapat mencapai kedudukan yang tepat, kelajuan, dan kawalan tork berdasarkan isyarat kawalan dalam sistem kawalan automatik. Servos menawarkan ketepatan, prestasi, dan kestabilan yang tinggi, menjadikannya digunakan secara meluas dalam aplikasi yang memerlukan kawalan gerakan yang tepat. Servo Motors biasanya memberikan kedudukan masa dan maklum balas kelajuan sebenar - melalui peranti maklum balas (seperti pengekod atau sensor), yang membolehkan pelarasan isyarat kawalan tepat pada masanya berdasarkan keadaan sebenar untuk mengekalkan kedudukan tepat motor. Servo motor biasanya dikategorikan kepada tiga jenis: DC Servo Motors, AC Servo Motors, dan Stepper Servo Motors.

DC Servo Motors adalah sejenis motor yang digunakan secara meluas dalam sistem kawalan automatik. Berbanding dengan motor DC konvensional, mereka mempunyai sistem kawalan gelung - tertutup, membolehkan pelarasan masa kawalan - secara real - berdasarkan isyarat maklum balas. DC Servo Motors menawarkan kelajuan dan kelajuan tindak balas yang lebih tinggi, serta output tork yang lebih besar. Walau bagaimanapun, mereka memerlukan bekalan kuasa yang lebih stabil.

AC servo motor terdiri daripada penggulungan stator dan lengan berputar. Penggulungan stator biasanya menghasilkan medan magnet, manakala lengan berputar membawa beban dan berputar. Motor elektrik beroperasi dengan berputar gegelung dawai dalam medan magnet. Motor servo AC mencapai kawalan gerakan yang cekap dan tepat melalui kombinasi medan semasa dan magnet yang berlainan. AC Servo Motors menawarkan kelajuan tinggi, ketepatan tinggi, dan output tork yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kawalan gerakan prestasi tinggi -, seperti robotik, peralatan automasi, dan alat mesin CNC. Walau bagaimanapun, berbanding dengan motor DC, motor servo AC umumnya memerlukan sistem kawalan yang lebih kompleks dan umumnya lebih mahal.

Pemacu servo

Pemacu servo adalah peranti yang digunakan untuk mengawal gerakan motor servo dan merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam sistem servo. Ia biasanya digunakan bersempena dengan motor servo untuk mencapai kedudukan yang tepat, kelajuan, dan kawalan daya. Pemacu servo biasanya mengintegrasikan pelbagai algoritma kawalan untuk menyesuaikan kelajuan dan kedudukan motor dengan tepat berdasarkan isyarat kawalan. Mereka menyokong maklum balas encoder, membolehkan pemantauan masa - real dari kedudukan dan kelajuan motor, mencapai kawalan gelung - tertutup dan meningkatkan ketepatan dan kestabilan kawalan. Mereka juga dilengkapi dengan pelbagai antara muka komunikasi untuk berkomunikasi dengan komputer tuan rumah atau peranti lain, membolehkan pemantauan dan kawalan jauh. Pemacu servo juga termasuk pelbagai ciri perlindungan, seperti perlindungan overcurrent, overemperature, overvoltage, dan kehilangan fasa, untuk memastikan bahawa motor dan pemacu beroperasi dalam julat yang selamat. Fungsi utama pemacu servo adalah untuk menerima isyarat kawalan dan, menggunakan algoritma kawalan dalaman, mengubahnya menjadi arus untuk mengawal motor servo, dengan itu mencapai kawalan kedudukan yang tepat.

Dengan perkembangan pesat teknologi elektronik kuasa dan teori kawalan moden, sistem pemacu servo digital sepenuhnya telah menjadi arus perdana. Pemacu servo juga bergerak ke arah ketepatan tinggi, prestasi tinggi, integrasi, modularization, universiti, rangkaian, dan kecerdasan.
 

1) Ketepatan tinggi dan prestasi tinggi
Biasanya, pemacu servo sering menggunakan mikrokontroler kelajuan tinggi - sebagai pemproses teras mereka untuk meningkatkan kelajuan pengkomputeran dan kuasa pemprosesan. Dengan peningkatan ketepatan pengekod, ketepatan prestasi dan kawalan pemacu servo pada kelajuan rendah telah bertambah baik, menjadikannya sangat popular di robot perindustrian ketepatan -. Pengenalan kaedah dan strategi kawalan lanjutan, seperti kawalan bukan linear dan pengenalan parameter lanjutan dan penalaan diri, telah meningkatkan lagi prestasi pemacu servo.

2) Integrasi dan modulariti

Dengan pengurangan robot perindustrian dan kemajuan teknologi semikonduktor yang berterusan, pemacu servo dan motor bergerak ke arah pengurangan, integrasi, dan integrasi. Trend ini telah meningkatkan kuasa pengkomputeran pengawal servo, dengan lengan bersepadu, DSP, dan pengawal FPGA menjadi arus perdana.

Modulariti melibatkan pemacu servo membahagikan ke modul berdasarkan fungsi mereka dan menggabungkan mereka untuk memenuhi keperluan khusus. Modulariti memerlukan membangun dan merancang modul individu, yang kemudiannya boleh digabungkan untuk memenuhi keperluan khusus, mengurangkan kos reka bentuk. Modulariti juga meningkatkan fleksibiliti sistem dan memudahkan penyelenggaraan sistem pemacu servo.

3) universal
Universalisasi mengintegrasikan pelbagai fungsi pemacu servo, yang membolehkan pengguna mengawal pelbagai mod operasi, seperti kawalan vektor gelung yang ditutup -, kawalan motor, dan membuka kawalan vektor gelung -, tanpa mengubah konfigurasi perkakasan, membolehkan permohonannya dalam persekitaran kerja yang pelbagai.

Pada masa ini, pemacu servo sejagat agak mahal dan masih kekurangan aplikasi yang optimum dalam aplikasi tertentu. Oleh itu, reka bentuk pemacu servo khusus adalah perlu untuk mengurangkan kos dan mencapai miniaturisasi.

4) Rangkaian
Dengan kemajuan teknologi perindustrian yang berterusan dan permintaan yang semakin meningkat yang ditempatkan di persekitaran perindustrian, teknologi komunikasi Fieldbus seperti RS485 dan boleh, sering dicirikan oleh komunikasi masa sebenar - dan kelajuan komunikasi yang rendah, semakin tidak dapat memenuhi tuntutan pengeluaran perindustrian moden. Oleh itu, teknologi bas industri Ethernet, seperti ETERCAT, mula digunakan dalam sistem yang didorong oleh pelayan -. Teknologi bas Ethernet industri boleh memenuhi keperluan kawalan masa - dan digunakan secara meluas dalam industri kawalan perindustrian.

5) Perisikan
Dalam bidang robotik perindustrian, kecerdasan kini merupakan trend utama dalam pembangunan pemacu servo. Melalui strategi kawalan pintar, pemacu servo mempunyai ciri kecerdasan buatan seperti Self - Adaptasi dan Self - pembelajaran. Kecerdasan pemacu servo memudahkan dan mengurangkan masa debug untuk robot perindustrian. Ia juga mengurangkan keperluan teknikal untuk kakitangan debugging, dengan itu mengurangkan kos operasi.

Reka bentuk perkakasan pemandu

Sebagai pengeluar pemandu servo terkemuka, produk Tonghang terutamanya terdiri daripada komponen perkakasan termasuk cip kawalan, litar pemandu, litar bekalan kuasa, litar pengesanan voltan, litar pensampelan semasa, litar antara muka komunikasi, dan litar antara muka encoder. Litar ini membolehkan pelbagai fungsi pemandu servo dan memastikan operasi sistem yang stabil dan boleh dipercayai. Oleh itu, dalam penyelidikan perkakasan pemandu servo, analisis dan integrasi setiap litar adalah penting.

1. Pemilihan cip

Litar kawalan perkakasan memainkan peranan penting dalam pemacu servo. Ia bertanggungjawab terutamanya untuk mengukur isyarat analog, menghitung denyutan pengekod motor, dan mengeluarkan bentuk gelombang PWM untuk mengawal litar penyongsang melalui algoritma kawalan, dengan itu mencapai kawalan tepat motor servo.

Sebagai komponen teras pengawal pemacu servo, litar kawalan memenuhi pelbagai fungsi:
1) Respons cepat: Litar kawalan mesti dapat dengan cepat bertindak balas terhadap isyarat maklum balas sensor dan arahan algoritma kawalan untuk mencapai kawalan motor yang cepat dan tepat.
2) Kebolehpercayaan yang tinggi: Litar kawalan mesti menjalani reka bentuk dan ujian yang ketat untuk memastikan operasi yang stabil dan boleh dipercayai, melindungi keselamatan dan kestabilan keseluruhan sistem.
3) Tinggi - Pengkomputeran kelajuan: Pelaksanaan algoritma kawalan memerlukan sejumlah besar pemprosesan data kelajuan tinggi -, jadi cip litar kawalan mesti mempunyai kemampuan pemprosesan prestasi tinggi - dan kelajuan pengkomputeran.
4) Kawalan ketepatan - tinggi: Untuk mencapai kawalan motor ketepatan -, litar kawalan memerlukan tinggi - keupayaan pemprosesan data Precision untuk memastikan ketepatan dan ketepatan algoritma kawalan untuk pemantauan masa, untuk mengesan dan mengendalikan situasi yang tidak normal dalam masa dan melindungi operasi normal motor dan sistem. Oleh itu, untuk pemilihan cip litar kawalan, adalah perlu untuk mempertimbangkan sepenuhnya keperluan di atas untuk memastikan bahawa litar kawalan boleh stabil, tepat dan cekap mencapai kawalan tepat motor servo dan memastikan operasi stabil keseluruhan sistem.

2. Litar pemacu output

Litar pemacu output Servo Drive adalah komponen utama yang menukarkan isyarat kawalan ke dalam gerakan motor. Ia terdiri daripada tiga - fasa separuh - litar pemacu jambatan yang terdiri daripada enam transistor saluran N -. Litar pemacu output juga termasuk litar maklum balas semasa, yang memisahkan arus output ke dalam dua laluan dan menghantarnya ke litar pensampelan semasa yang berbeza. Litar ini kemudian kembali ke sistem kawalan, melengkapkan kawalan gelung - tertutup.

3. Litar pensampelan semasa pembezaan

Litar persampelan semasa berbeza biasanya digunakan untuk mengukur dan memperoleh perubahan dalam isyarat semasa fasa motor servo. Litar ini sangat penting untuk kawalan dan perlindungan pemacu servo. Isyarat semasa fasa motor yang diukur oleh litar pensampelan semasa pembezaan adalah parameter input utama yang diperlukan untuk memacu motor dan secara langsung mencerminkan beban motor dan status operasi. Pemacu Servo menggunakan sistem kawalan gelung tertutup - untuk mencapai kawalan tepat gerakan motor servo. Litar pensampelan semasa pembezaan menyediakan isyarat maklum balas, yang digunakan untuk menyesuaikan arus output motor untuk mencapai ciri -ciri dan kedudukan gerakan yang dikehendaki. Rajah litar pensampelan semasa pembezaan ditunjukkan dalam angka tersebut. Berikut adalah proses pensampelan semasa pembezaan.

Pertama, sensor semasa menukarkan arus fasa motor ke dalam isyarat semasa. Isyarat semasa ini mewakili semasa yang digunakan oleh motor semasa operasi. Seterusnya, litar pensampelan semasa berbeza memecah isyarat semasa ke dalam dua laluan dan melakukan pengukuran perbezaan antara kedua -dua laluan untuk mendapatkan perbezaan antara isyarat semasa. Isyarat pembezaan ini kemudian diproses oleh penguat operasi. Penguat operasi dalam litar pensampelan semasa pembezaan menguatkan isyarat pembezaan, menukarkan arus ke voltan, dan meningkatkan amplitud dan kestabilan isyarat. Akhirnya, isyarat yang diproses berfungsi sebagai input kepada sistem kawalan maklum balas. Dengan membandingkan isyarat maklum balas dengan nilai set, sistem kawalan menyesuaikan output motor untuk mencapai keadaan gerakan yang dikehendaki.

4. Litar bekalan kuasa pengekod

Pengekod Motor Servo memerlukan bekalan kuasa yang berasingan. Untuk memastikan operasi yang betul dan maklum balas kedudukan yang tepat, ia mesti dibekalkan dengan bekalan kuasa yang sesuai. Pengekod motor servo yang dipilih oleh Tonghang menggunakan bekalan kuasa 5V, jadi litar bekalan kuasa pengekod mesti melangkah ke bawah bekalan kuasa masuk untuk memastikan operasi stabil dan boleh dipercayai dan isyarat maklum balas kedudukan yang tepat.

Litar bekalan kuasa pengekod ditunjukkan dalam angka tersebut. Selepas menyambung ke bekalan kuasa 24V DC luaran, kuasa input terlebih dahulu melalui pelbagai kapasitor selari. Kapasitor ini mengurangkan bunyi dan riak dalam bekalan kuasa input dan menstabilkan voltan. A DC - DC Langkah - Down Regulator Chip kemudian melakukan langkah pertama - ke bawah, mengurangkan voltan bekalan kuasa ke 8V. Voltan 8V yang dihasilkan mempunyai dua destinasi: pertama, ia digunakan sebagai bekalan kuasa untuk litar pemandu output; Kedua, selepas penapisan dan menstabilkan voltan melalui kapasitor selari berganda, pengawal selia menstabilkan voltan input 8V ke voltan output +5 V. Cip pengatur linear menggunakan litar dalaman untuk menstabilkan voltan input ke voltan output yang ditentukan. Pengatur ini mengeluarkan voltan tetap +5 v.

5. Litar Antara Muka Rangkaian

Litar antara muka rangkaian adalah litar antara muka Ethernet yang menghubungkan komputer atau peranti rangkaian, membawa fungsi komunikasi antara hamba dan tuan. Komunikasi antara hamba dan tuan memerlukan kabel rangkaian luaran. Walau bagaimanapun, walaupun pengawal hamba mempunyai antara muka phy, ia tidak boleh disambungkan secara langsung ke antara muka kabel rangkaian. Oleh itu, antara muka kabel rangkaian tambahan diperlukan untuk menyambungkan kabel rangkaian untuk berkomunikasi dengan tuan.

Pelabuhan Ethernet siri Tonghang biasanya direka untuk penghantaran dan pemprosesan isyarat frekuensi tinggi -, menawarkan prestasi dan kestabilan yang tinggi. Pelabuhan dibina - dalam pengubah rangkaian magnet meningkatkan penghantaran isyarat dan kestabilan semasa penghantaran data, mencegah gangguan luaran dan bunyi elektrik dari mencapai peranti. Dibina - dalam kapasitor dan perintang juga menapis dan mengasingkan isyarat, meningkatkan lagi kestabilan isyarat dan rintangan gangguan.

6. Litar Antara Muka Encoder

Pengekod adalah komponen utama dalam sistem servo, memberikan kedudukan dan maklum balas kelajuan. Pengekodan output isyarat nadi yang mewakili putaran motor. Litar Antara Muka Encoder menafsirkan isyarat nadi ini dan mengubahnya menjadi maklumat seperti kedudukan sebenar dan kelajuan motor. Litar antara muka pengekod juga membekalkan pengekod dengan kuasa 5V, yang diturunkan oleh litar bekalan kuasa pengekod, memastikan bekalan kuasa yang stabil semasa operasi.

Pengekod Motor Servo adalah pengekod tambahan. Pengekod ini menjana isyarat nadi untuk menunjukkan perubahan kedudukan. Isyarat nadi ini terdiri daripada fasa A, B, dan Z. Fasa A dan B digunakan untuk mengukur kedudukan dan arah, manakala fasa Z biasanya digunakan untuk mengenal pasti titik rujukan atau kedudukan sifar.

7. usb - ke - litar bersiri

A USB - ke - litar bersiri membolehkan komunikasi antara pemacu servo dan komputer. Sebagai komponen teras keseluruhan litar, ia menukarkan data yang diterima dari antara muka USB ke dalam format siri dan menghantar data siri ke pemacu servo, dan sebaliknya. USB - ke litar siri - ditunjukkan dalam angka tersebut.

8. Litar antara muka brek

Litar antara muka brek mengawal tindakan brek motor servo, membolehkannya berhenti dengan cepat dan tepat. Litar antara muka brek menerima isyarat kawalan brek atau isyarat pelepasan brek dan menukarnya ke dalam isyarat kawalan yang sesuai untuk mengaktifkan atau menyahaktifkan tindakan brek pemacu servo. Litar antara muka brek ditunjukkan dalam angka tersebut. Penguat operasi (OP amp) dalam angka adalah komponen utama litar antara muka brek. Apabila isyarat gangguan memasuki isyarat brek, OP amp, digabungkan dengan litar penapis, menapis isyarat input, mengeluarkan gangguan dan mengekalkan bahagian yang sah isyarat brek. OP amp juga melakukan pelbagai fungsi, termasuk penguatan isyarat, perbandingan, dan pengkondisian.

9. Litar Pengesanan Voltan Bekalan Kuasa

Litar pengesanan voltan bekalan kuasa memantau tahap voltan bekalan kuasa untuk memastikan ia tetap stabil dalam julat operasi yang ditentukan. Dengan memantau voltan bekalan kuasa dalam masa nyata, litar pengesanan voltan bekalan kuasa membantu meningkatkan keselamatan sistem dan kebolehpercayaan. Rajah 13 menunjukkan litar pengesanan voltan bekalan kuasa. Selepas pembahagian voltan, voltan pada 22q dicontohi melalui port persampelan ADC. Perisian kemudian mengira sama ada voltan sebenar memenuhi voltan yang diperlukan. Hanya apabila nilai voltan adalah normal, pemacu servo beroperasi secara normal.

10. Litar LED dan Litar Tukar

Litar suis ditambah untuk mengesahkan fungsi input IO hamba, manakala litar LED mengesahkan fungsi output IOnya. Seperti yang ditunjukkan dalam angka, litar suis disambungkan ke voltan 3.3V. Perintang ditambah ke litar untuk menghapuskan getaran mekanikal. Dalam reka bentuk litar LED yang ditunjukkan dalam angka tersebut, satu hujung LED disambungkan ke GND, dan hujung yang lain dapat diterangi dengan hanya mengeluarkan paras yang tinggi dari pin mikropemproses. LED beroperasi pada 1.2V, dan litar ke bawah langkah - digunakan untuk melangkah ke bawah voltan 3.3V. Langkah litar - ditunjukkan dalam Rajah 15. Langkah 3.3V - litar ke bawah, yang direka menggunakan cip pengatur voltan AMS117, menghasilkan voltan 1.2V untuk litar LED.

11. Litar Pengukuran Suhu

Nilai suhu dicontohi dan diproses oleh sensor suhu NTC (pekali suhu negatif), yang disambungkan ke ADC. NTC adalah termistor pekali suhu negatif yang rintangannya berkurangan apabila suhu meningkat. Oleh kerana rintangan NTC berubah secara eksponen dengan suhu, suhu dapat disimpulkan dengan mengukur rintangan. Apabila arus melalui sensor suhu NTC, ia menghasilkan sejumlah haba. Sekiranya haba ini tidak dapat hilang dalam masa, suhu sensor suhu NTC akan meningkat, menyebabkan rintangannya menurun. Dalam kes ini, arus akan meningkat dengan ketara, menyebabkan suhu sensor suhu NTC meningkat lagi, membentuk kitaran ganas yang akhirnya boleh menyebabkan terlalu panas sensor suhu NTC, walaupun menyebabkan ia membakar atau menangkap api.

12. Pelaksanaan perkakasan

Pelaksanaan perkakasan terutamanya melibatkan pemacu servo. Gambar rajah pemacu servo ditunjukkan dalam angka tersebut.

Tonghang menjalankan reka bentuk terperinci perkakasan Servo Drive dan menyelesaikan pelaksanaan perkakasannya. Beliau menjalankan penyelidikan kedalaman - pada setiap modul, termasuk mikrokontroler, pengawal hamba, litar pemacu, litar persampelan semasa pembezaan, litar antara muka pengekod, dan litar antara muka kabel rangkaian. Dia juga menunjukkan papan litar sebenar.