Καθεστώς απομόνωσης ελέγχου κινητήρα χρησιμοποιώντας την τεχνολογία iCoupler
Ρομποτικές εφαρμογές απαιτούν ακριβή έλεγχο οι κινητήρες που οδηγούν πολλές αρθρώσεις μηχάνημα. Το σύστημα ελέγχου πρέπει να γνωρίζει τις τοποθετώντας θέσεις των διαφόρων όπλα ρομπότ και ενεργοποιητές για να εξασφαλιστεί η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία. Για να είναι αποτελεσματική, θα πρέπει να μάθετε περισσότερα σχετικά με την κίνηση του ρότορα στο περίβλημα κινητήρα σε περισσότερο βάθος.
Χωρίς πληροφορίες σχετικά με το στροφέα γωνία (εύκολο να ολισθήσει υπό υψηλά φορτία), τα ηλεκτρονικά ελεγκτή μπορεί να παρέχει πάρα πολύ ρεύμα, το οποίο είναι απλά σπατάλη από τη θερμότητα. Προκειμένου να την αίσθηση της θέσης και κατάστασης των στροφέων, μια σημαντική μεταβλητή του αλγόριθμου ελέγχου είναι το σημερινό επίπεδο του περιελίξεις του κινητήρα. Εννοιολογικά, αυτό είναι μια χαμηλού κόστους μεταβλητή που είναι εύκολο να παρακολουθείτε επειδή περιλαμβάνει μόνο παρέχοντας μια σύνδεση από το μοτέρ στο κύκλωμα ελέγχου. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη για να εξασφαλιστεί ότι το σήμα είναι τόσο ακριβής όσο το δυνατόν. Σφάλματα μπορεί να οδηγήσει σε ανακριβή ανίχνευση τοποθεσιών και αυξημένη άσκοπη κατανάλωση ενέργειας.
Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τρέχουσα αισθητήρες ελέγχου κινητήρα είναι αντιστάσεις shunt, αισθητήρες Hall effect και μετασχηματιστές. Οι τελευταίες δύο συσκευές παρέχουν απομόνωση, η οποία, ενώ η αύξηση του συνολικού κόστους, είναι σημαντικό όταν ασχολείται με υψηλής ισχύος. Κυκλώματα αντίσταση shunt είναι συνήθως περιορίζεται σε μέτρηση ρεύματα της 50α ή λιγότερο, αλλά έχουν το πλεονέκτημα ότι διαθέτει την υψηλότερη γραμμικότητα της απόκρισης σε συσκευές τύπου αισθητήρων και χαμηλότερο κόστος. Αυτές οι συσκευές είναι επίσης κατάλληλο για AC και DC μέτρηση.
Ακριβές και ευαίσθητο αποτελέσματα μπορεί να επιτευχθεί με τη σύζευξη του αντιστάτη παραλληλισμό στον διαμορφωτή δέλτα-σίγμα. Τριγωνικό αναπόσπαστο δειγματοληψίες και τεχνικές φιλτραρίσματος βοηθήσει να καταστείλει παροδικό θόρυβο επιδράσεις και υποστηρίζουν καλά πάνω από 12-bit ανάλυση. Texas Instruments ADS1203 είναι ένας ρυθμιστής του δέλτα-σίγμα σχεδιάστηκε για εφαρμογές των οργάνων, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου του κινητήρα. Αυτή η συσκευή είναι ένας ρυθμιστής μονού καναλιού, δεύτερης τάξης δέλτα-σίγμα σχεδιασμένο για υψηλής ευκρίνειας αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή από DC σε 39kHz. Η έξοδος του αυτός ο μετατροπέας είναι μια σειρά αριθμών 1 και 0, του οποίου η μέση διάρκεια είναι ανάλογη με την αναλογική τάση εισόδου. Ένα κλειδί πλεονέκτημα της χρήσης μια φιλτραρισμένη δέλτα-σίγμα διαμορφωτής σήματος είναι ότι η πηγή θορύβου κβαντισμού και η πηγή παροδικό θόρυβο μπορεί να μετατραπεί σε υψηλές συχνότητες, καθιστά ευκολότερο να φιλτράρετε μέσα από το φίλτρο χαμηλής διέλευσης.
Χρησιμοποιώντας ένα διαμορφωτή αντί για ένα πλήρες αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα, σχεδιαστές μπορεί να ρυθμίσει την ψηφιακή απόδοση φιλτραρίσματος να ανταποκρίνονται καλύτερα στις απαιτήσεις ελέγχου του κινητήρα. Αυτό περιλαμβάνει την αυστηρή συγχρονισμού με τρανζίστορ μεταγωγής εκδηλώσεις στο H-γέφυρα κύκλωμα που τροφοδοτεί με ρεύμα του μοτέρ ίδια. Το ίδιο το φίλτρο μπορούν να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό επεξεργαστή σήματος (DSP), μικροελεγκτή, ή σειρά πυλών τομέων προγραμματίσημη (FPGA), ανάλογα με το κόστος και την απόδοση τους στόχους. Χρησιμοποιώντας ένα προσαρμοσμένο φίλτρο, είναι καλύτερα να επιλέξουν μεταξύ την παροδική απάντηση και την τελική δειγματοληψία ανάλυση. Ένα υψηλότερο ποσοστό υπερδειγματοληψίας έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη ακρίβεια, αλλά οδηγεί σε ένα χαμηλότερο ποσοστό ενημερωμένη έκδοση τιμή - μείωση υπερδειγματοληψίας μειώνει ανάλυση, αλλά παρέχει ένα υψηλότερο ρυθμό ανανέωσης.
Όσον αφορά την επεξεργασία των δεδομένων, δεν υπάρχει σύγκριση με ένα παραδοσιακό διαδοχική προσέγγιση (SAR) αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα. Χρησιμοποιώντας ένα μετατροπέα SAR, δειγματοληψίας μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη βοήθεια του ένα δείγμα-και-κρατήστε κύκλωμα, το οποίο επιτρέπει στο σχεδιαστή σύστημα να αυστηρά ελέγχουν τη χρονομέτρηση των άμεσων δειγματοληψίας. Από την άλλη πλευρά, το τριγωνικό αναπόσπαστο μετατροπή χρησιμοποιεί μια διαδικασία συνεχούς δειγματοληψίας, έτσι ώστε η δειγματοληψία αξία δεν έχει καθορισμένο έναυσμα χρόνο. Αντίθετα, η τιμή δείγματος είναι σε αυτό το σημείο εγκαίρως ένα σταθμισμένο μέσο όρο μιας σειράς τιμές δείγματος 1-bit που μπορεί να εκταθεί η αξία της αυτό το σημείο στο χρόνο αντιπροσωπεύεται από την τιμή αυτή που συμπεριλήφθηκαν στο δείγμα.
Φιλτράρισμα μια 1-bit bitstream και εξαγωγής σε χαμηλότερη τιμή δείγματος multi-bitstream ποσοστό μπορεί να γίνει σε δύο διαφορετικές φάσεις. Μια πολύ συνηθισμένη προσέγγιση είναι να χρησιμοποιήσετε ένα φίλτρο SINC που εκτελεί δύο εργασίες σε μία φάση. Η τρίτη σειρά, που συνήθως αναφέρονται ως sinc3, είναι σήμερα η πιο κοινή επιλογή για αυτές τις εφαρμογές.
Το φίλτρο είναι σε μεγάλο βαθμό ένα σταθμισμένο άθροισμα ενός παραθύρου που συμπεριλήφθηκαν στο δείγμα αξία που δίνει μεγαλύτερη βαρύτητα στις δειγματοληψίας τιμές στο κέντρο της ακολουθίας, ενώ δίνει λιγότερο βάρος του δείγματος αξίες στην αρχή και στο τέλος της ακολουθίας. Λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση του στοιχείου της μεταγωγής του τρανζίστορ ισχύος η τρέχουσα μέτρηση, αυτό το αποτέλεσμα πρέπει να εξεταστεί, διαφορετικά ο αλγόριθμος ανατροφοδότηση θα επηρεαστούν από την ομαλοποίηση και τα παρόμοια.
Η κρουστική απόκριση το φίλτρο sinc3 είναι συμμετρική με την συμβολή της αξίας δείγμα πριν από την τιμή του δείγματος κέντρο και το κέντρο τιμή δείγματος είναι το ίδιο με την τιμή του δείγματος το εξής. Στοιχείο μετατροπής της τρέχουσας επίσης είναι συμμετρικό κατά μήκος στη μέση τρέχουσα θέση: έτσι ώστε το άθροισμα των μεταγωγής στοιχείων είναι μηδέν. Αν το κέντρο του παραθύρου δειγματοληψίας είναι ευθυγραμμισμένο με το PWM παλμό συγχρονισμού που χρησιμοποιείται για να οδηγήσει το H-γέφυρα, στην τρέχουσα φάση επιτρέπεται να μετράται χωρίς aliasing, αλλά πρέπει να ληφθεί μέριμνα για να εξασφαλιστεί ότι οι τιμές του δείγματος έχουν ευθυγραμμιστεί σωστά κατά την ανάγνωση δεδομένων από το φίλτρο. Φιλτράρισμα επιβάλλει μια καθυστέρηση, έτσι ώστε το δείγμα τιμή εξόδου του φίλτρου θα είναι από πολλές προηγούμενες χρονικές περιόδους όταν χρησιμοποιείται το PWM pulse συγχρονισμού. Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις σχετικά με τον προγραμματισμό προγράμματος λογισμικού σε σύγκριση με τρέχουσες μετρήσεις SAR.
Στην περίπτωση της ΕΔΠ, του παλμού συγχρονισμού PWM μπορεί να προκαλέσει το αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα για να εκτελέσει μια σειρά από μετατροπές. Όταν τα δεδομένα είναι έτοιμη για βρόχο ελέγχου, το σύστημα δημιουργεί μια διακοπή και αρχίζει να εκτελεί βρόχο ελέγχου. Αυτές οι τιμές δείγματος συνεχώς δημιουργούνται χρησιμοποιώντας ένα δέλτα-σίγμα διαμορφωτή και φίλτρο, αλλά σημαντικό δείγμα τιμές για μετρήσεις τρέχουσα φάση είναι έτοιμη μετά από μια πάγια καθυστέρηση. Χρονόμετρα ή μετρητές πρέπει να χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας διακοπής όταν σε PWM σήματος συγχρονισμού είναι παρούσα. Η καθυστέρηση στο μέτρημα τιμές δείγματος είναι στην πραγματικότητα το ήμισυ των sinc3 η κρουστική απόκριση.
Σε ένα σύστημα τυπικό έλεγχο, η επίδραση της μηδενικής τάξης κρατήστε το χρονόμετρο PWM είναι πολύ περισσότερο από το ήμισυ του η κρουστική απόκριση, έτσι ώστε το φίλτρο SINC δεν επηρεάζουν σημαντικά το χρονοδιάγραμμα βρόχο. Αξιοποιώντας ένα διαμορφωτή δέλτα-σίγμα και ένα προσαρμοσμένο φίλτρο, ο χρήστης μπορεί να εναλλαγή ελεύθερα την SINC φίλτρο καθυστέρηση απόκτησης ανάλυση δείγματος αξία. Αυτή η ευελιξία είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα κατά τη σχεδίαση αλγορίθμων ελέγχου του κινητήρα. Ορισμένα τμήματα του αλγορίθμου είναι συνήθως ευαίσθητο για την καθυστέρηση, αλλά λιγότερο ευαίσθητα στην ακρίβεια την ανατροφοδότηση. Το υπόλοιπο του αλγόριθμου χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το χαμηλότερο δυναμική και τα οφέλη από την ακρίβεια αλλά είναι λιγότερο ευαίσθητη στις καθυστερήσεις.
Σκεφτείτε έναν αλγόριθμο αναλογικά αναπόσπαστο ελεγκτή (PI). Το τμήμα P και το συστατικό I μπορούν να χρησιμοποιήσουν το ίδιο σήμα ανάδρασης. Ωστόσο, η διαδρομή P και η διαδρομή μπορεί να χωριστεί και το σήμα ανάδρασης μπορούν να συνδυαστούν με διαφορετικούς τύπους φιλτραρίσματος λειτουργίες. Με τον PI ελεγκτή, στοιχείο P χρησιμοποιείται κυρίως για να αποκρύψετε το αποτέλεσμα την ταχεία αλλαγή του φορτίου και ταχύτητας. Ως εκ τούτου, πρέπει να είναι σε θέση να ανταποκριθεί στις ταχείες αλλαγές της επίπεδα σήματος. Το συστατικό εστιάζει σε σταθερή κατάσταση απόδοσης και θα επικεντρώνεται περισσότερο στην ακρίβεια των μετρήσεων. Ως εκ τούτου, το στοιχείο P μπορούν να επωφεληθούν από ένα χαμηλής ανάλυσης, γρήγορη ενημέρωση ποσοστό τρέχουσα ανατροφοδότηση σήματος, πράγμα που σημαίνει ότι το φίλτρο sinc3 έχει ένα χαμηλό ποσοστό υπερδειγματοληψίας και αποδεκατισμό. Το στοιχείο θα επωφεληθούν από ένα υψηλότερο ποσοστό υπερδειγματοληψίας και μπορεί να αντέξει η προκύπτουσα αύξηση στην ταχύτητα ενημέρωσης.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, όταν χρησιμοποιείτε έναν διαμορφωτή δέλτα-σίγμα σε ένα σύστημα το οποίο χειρίζεται τα μεγάλα φορτία, ένας άλλος παράγοντας που εξετάζει είναι απομόνωση. Μία επιλογή είναι να χρησιμοποιεί μόνο τον ενισχυτή απομόνωση και χρησιμοποιήστε μια μη απομονωμένα διαμορφωτή για αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή, ή τοποθετήστε μια optocoupler μεταξύ της εξόδου του διαμορφωτή και την είσοδο της συσκευής για το ψηφιακό φιλτράρισμα. Εναλλακτικά, μπορεί να επιλεγεί ένα διαμορφωτή απομονωμένες δέλτα-σίγμα. Χρησιμοποιώντας μια απομονωμένη διαμορφωτή, επειδή το ψηφιακό φίλτρο μπορεί επίσης να ρυθμιστεί για να εξαλειφθούν οι συνέπειες από υπερεντάσεις, μπορεί να εξαλειφθεί το κύκλωμα προστασίας από υπερεντάσεις αναλογική.
Το AD7403 παρέχεται από AnalogDevices, ένα παράδειγμα αυτού. Εφαρμόζοντας ένα διαμορφωτή δεύτερης τάξης, αυτή η συσκευή επιτρέπει την ευέλικτη επιλογή διακλαδώσεων προδιαγραφών και παρέχει περισσότερο από 14 bits των σημαντικών bits και ένα ποσοστό ρεύμα εξόδου 20 MHz. Αξιοποιώντας ένα κατάλληλο ψηφιακό φίλτρο, η συσκευή επιτυγχάνει μια αναλογία σήματος προς θόρυβο 88dB στο 78,100 δείγματα/δευτερόλεπτο. Αυτό το καθεστώς απομόνωσης χρησιμοποιεί τεχνολογία iCoupler της εταιρείας, και η εταιρεία ισχυρίζεται ότι υπερβαίνει την απόδοση του μια τυπική optocoupler ρύθμιση.
Με την προσθήκη χαρακτηριστικά όπως απομόνωση και την αυξανόμενη απόδοση φιλτραρίσματος μικροελεγκτές και προγραμματιζόμενων διατάξεων λογικής, οι σχεδιαστές μπορούν να συνεχίζουν να βελτιστοποίηση ελέγχου του κινητήρα για ρομποτικές εφαρμογές.
Αν θέλετε να αγοράσετε ένα μοτέρ ιατρική συσκευή, παρακαλούμε να δώσουν προσοχή σε ιατρικές μηχανές ακριβείας.
