Când călăriți într -un lift, cu siguranță doriți să ajungeți de la un etaj la altul fără probleme și în siguranță. Într -o unitate de ascensoare, un control sofisticat al mișcării permite ascensorului să se oprească într -o poziție specificată și să se decelereze fără probleme până când ajunge la o oprire completă. Lipsa unui control sofisticat al mișcării poate determina un elevator să se oprească greșit între podele, ceea ce poate face ca pilotul ascensorului să se simtă amețit și inconfortabil sau nesigur.
Roboții, mașinile de control numeric pentru calculator (CNC) și echipamentele de automatizare din fabrică necesită un control precis al poziției prin intermediul unității servo și, în multe cazuri, un control al vitezei precise pentru fabricarea corectă a produselor și menținerea fluxului de lucru.
Multe aspecte ale unităților industriale sunt importante în realizarea controlului mișcării de precizie, care implică trei subsisteme de bază în proiectarea controlului în timp real, și anume detectarea, procesarea și conducerea. Acest articol va discuta despre exemple de tehnologii care susțin fiecare subsistem.
Senzor
Controlul mișcării de precizie nu poate fi realizat fără poziția de precizie și detectarea vitezei. Senzația poate include poziția unghiulară a arborelui motor și detectarea vitezei sau poziția liniară a benzii transportoare și detectarea vitezei. Designerii folosesc adesea codificatoare optice incrementale cu sute până la o mie de sloturi pe revoluție pentru a simți poziția și viteza. Aceste codificatoare sunt de obicei conectate la microcontrolere (MCU) prin impulsuri codificate cudadratură (QEP) și, prin urmare, necesită capacitate de interfață QEP.
În schimb, codificatorii absolute sunt semnificativ mai precise, de obicei au mai multe sloturi pe revoluție și sunt montate cu precizie pentru a oferi o poziție unghiulară absolută. Poziția sesizată este transformată într -o reprezentare digitală și codificată în conformitate cu un protocol standard. Exemple de astfel de protocoale sunt formatul T de la Tamagawa și IC-Haus GmbH Sincronizarea serială bidirecțională (BISS) C. Anterior, ai nevoie și de un tablou de poartă programabil programabil (FPGA) pentru a interfața cu un astfel de codificator, dar din ce în ce mai mult MCUS Acum aveți această capacitate (așa cum se arată în figura 1 de mai jos). Deoarece protocoalele de format T și Biss C sunt adesea diferite de cele susținute de porturi sau interfețe populare de comunicare, cum ar fi interfața periferică serială (SPI), emițătorul de receptor asincron universal (UART) sau rețeaua de zona de controler (CAN), care sunt comune pe Majoritatea MCU -urilor, acestea necesită adesea blocuri logice personalizabile sau unități de procesare proprie.
Codificatoarele absolute pot fi, de asemenea, bazate pe circuite electromagnetice sau de rezolvare, care necesită o măsurare precisă a semnalelor electrice sinusoidale. Prin urmare, sunt importante amplificatoarele operaționale de precizie și referințele de tensiune. Controlul motorului și mișcării necesită întotdeauna curentul precis al motorului și detectarea tensiunii, în special atunci când se utilizează un control fără senzor. Soluțiile comune sunt detectarea în linie și invertor a brațului de punte, folosind amplificatoare și șoferi izolați/ne-izolați și șoferi cu detectare integrată de curent.
Prelucrare
Execuția profilurilor și algoritmilor de control al mișcării în sistemele de control de mișcare de precizie necesită MCU -uri cu o putere de calcul ridicată, care sunt de obicei 32- lungimi de cuvânt cu biți cu suport pentru punct plutitor nativ 64- pentru a oferi precizia și precizia necesară precizia necesară . Multe MCU -uri au pedale de gaz hardware, deoarece algoritmii se bazează foarte mult pe matematica trigonometrică, logaritmică și exponențială.
Având în vedere numărul de axe de mișcare sub control sau numărul de bucle de control, proiectanții folosesc adesea o arhitectură multi-centrală (CPU) sau pedale de gaz paralel asemănătoare cu procesor. Mai multe procesoare pot fi, de asemenea, luate în considerare pentru sarcini suplimentare de supraveghere și comunicare.
Ca o aplicație de control în timp real, latența totală a întregului lanț de semnal (adică, timpul de la colectarea măsurătorilor de curent, tensiune, poziție și viteză la actualizarea ieșirilor de control) are un impact direct asupra performanței de control , și, prin urmare, cu exactitate. Unele MCU-uri au comparatori analogici pe cip care pot genera acțiuni de control direct, reducând semnificativ latența și încărcarea procesorului. Răspunsul rapid la întrerupere și economisirea câmpului și recuperarea sunt, de asemenea, importante.
Puterea de procesare ridicată nu este suficientă. Controlul mișcării MCU-urile trebuie să aibă, de asemenea, periferice de control cu scop general, cum ar fi 12- și 16- convertoare analog-digitale analogice, interfețe QEP, margine de înaltă rezoluție și captură de impulsuri și modulare a lățimii pulsului (PWM ) ieșiri. De asemenea, este necesară capacitatea de a implementa logica și calendarul personalizat.
Pentru a ajuta proiectanții să se ridice și să funcționeze și să își ajusteze mai repede design -urile, furnizorii de șoferi MCU și motor oferă algoritmi de control al motorului și mișcării, inclusiv algoritmi de bază, cum ar fi observatori senzori și biblioteci software, precum și cod de control complet cu configurabilitate GUI.
MCU pentru unități industriale
Șoferi
Dispozitivele de alimentare și driverele trebuie să furnizeze acțiunea de control dorită, de obicei sub forma PWM, unde ciclul de serviciu reprezintă acțiunea. Controlul precis al impulsurilor PWM este important, ceea ce înseamnă că șoferul trebuie să ofere intensitatea necesară a unității cu cea mai mică abatere posibilă a sincronizării; Dispozitivul de alimentare trebuie să se aprindă și să se oprească exact la ora prevăzută. Astfel de șoferi sunt disponibili astăzi, cu caracteristici suplimentare, cum ar fi supracurentul și protecția termică. Noile dispozitive de alimentare cu bandă largă asigură o cronometrare rapidă și precisă de pornire și oprire. Vitezele de comutare rapide și pierderile de comutare scăzute ale dispozitivelor de bandă largi permit, de asemenea, bucle de control rapid pentru o stabilitate și performanță îmbunătățite.
În plus față de precizie, multe aplicații necesită proiecte de control al motorului suficient de compacte pentru a utiliza driverele cu module integrate de detectare a curentului și alimentare.
Concluzie
Controlul mișcării de precizie este esențial pentru unitățile industriale. Soluțiile tehnice abordează toate cele trei subsisteme care stau la baza proiectelor de control în timp real, detectarea, procesarea și acționarea și sunt concepute pentru a permite controlul mișcării de precizie.