Технологии автоматизации и робототехники в значительной степени зависят от двигателей и связанных с ними управляющих и драйверных ИС. Эти сложные полупроводники выходят за рамки базового управления движением, могут запускать передовые алгоритмы,и тщательно регулировать работу системы на основе двигателя, нагрузки и общих приоритетов производительности.
Однако создание этих сложных интегральных узлов и оценка потенциальной производительности системы, основанной исключительно на спецификациях или симуляциях, является сложным процессом.и может привести к неопределенности во время развертыванияНаилучший подход к разработке заключается в использовании советов по оценке, чтобы позволить параллельно проводить разработку системы, планировку и разработку программного обеспечения.
В этой статье рассматриваются проблемы, с которыми сталкиваются конструкторы при использовании ИК управления движением, а также роль советов по оценке в решении этих проблем.были введены типичные интегральные интегралы и соответствующие панели оценки от аналоговых устройств, что сократило время, необходимое для запуска продукта, благодаря ранней и реалистичной оценке, сократив при этом неопределенность в аппаратном и программном обеспечении.
Обзор требований к ИС управления движением
ИК управления движением обеспечивает интеллект, необходимый для управления двигателями и их внутренними силовыми устройствами, такими как MOSFET, которые управляют обмотками двигателя.траектория, кривой движения и эффективностью при статических и динамических режимах работы и условиях нагрузки, а также для обработки помех, переходных и неисправностей, как двигателями, так и MOSFET должны быть тщательно управлены.
Чтобы помочь решить эти проблемы, поставщики управляющих ИК предоставляют доски оценки.и оценки производительности путем проведения испытаний оборудования в петле (HITL) при фактических условиях двигателя и фактической нагрузкеОни также гарантируют, что физическая компоновка IC и его окружающих цепей правильно установлена с точки зрения распределения энергии, паразитических эффектов,соединения и форматы ввода/вывода (I/O), физические соединители и другие аспекты.Проектировщики могут использовать эти панели оценки (в виде панелей среднего размера, базовых панелей раздела (BOB) или модульных решений) для оценки различных настроек,конфигурации, и варианты определения наиболее подходящего решения для применения.
ИК управления двигателем и соответствующая доска оценки
Хорошим примером ИС управления двигателем является TMC5130A-TA-T из серии аналоговых устройств TMC5130.Это высокопроизводительный шаговый двигатель-контроллер и драйвер с серийным интерфейсом связи и включает гибкий генератор для автоматического позиционирования цели.
Водитель использует передовой алгоритм вертолета StealthHop, который обеспечивает практически бесшумную работу, максимальную эффективность и оптимальный крутящий момент двигателя.TMC5130 интегрирует множество уникальных функций улучшения посредством интеграции драйвера и контроллера на чипе (SoC)Например, генератор пандуса SixPoint в TMC5130 использует функции DcStep, CoolStep и StallGuard2 для автоматической оптимизации каждого движения двигателя.
Чтобы помочь конструкторам начать использовать TMC5130, система таблиц оценки TMC5130-EVAL (рисунок 1) обеспечивает удобную аппаратную платформу и удобные для пользователя инструменты программного обеспечения оценки.Система советов по оценке состоит из трех частей:: мост подложки (слева), который соединяется с компьютером, плата соединителя (середина), которая включает несколько точек испытания, и плата TMC5130-EVAL (справа).
Изображение панели оценки аналоговых устройств TMC5130-EVAL (справа) и нагрузки двигателя (крайний правый) (нажмите, чтобы увеличить)
Рисунок 1:Таблица оценки TMC5130-EVAL (правая сторона) и нагрузка двигателя (крайняя правая сторона) сконфигурированы через USB-мост, подключенный к подложке ПК (левая сторона) и плату соединителя с точками испытания (середина). (Изображение: Аналоговые устройства)
Для разработчиков, которые хотят разработать больше схем на основе TMC5130 ядра, Analog Devices предоставляет распределительную плату TMC5130A-BOB (рисунок 2, вверху).Эта плата обеспечивает основные взаимосвязи, необходимые для работы и управляется через интерфейс SPIНа схематической диаграмме (рисунок 2 внизу) показана самая простая схема, предоставленная для реализации функции IC TMC5130.
Изображение и схема аналоговых устройств TMC5130A-BOB (нажмите для увеличения)
Рисунок 2: TMC5130A-BOB (вверху) представляет собой базовый метод оценки с точками соединения, расположенными вдоль его краев вместо дискретных соединителей;Схематическая схема (ниже) показывает простейшую схему, необходимую для работы IC TMC5130. (Изображение: Аналоговые устройства)
Комплект оценки TMC5240-EVAL построен на зрелой платформе TMC5130-EVAL, целью которой является упрощение оценки электромотора следующего поколения.обнаружение неразрушающего тока, и продвинутые функции управления движением, включая оптимизированный генератор рампы Jerk и сверхтихую операцию StealthShop2 TM, обеспечивающую более быструю запуск, более легкую отладку,и более эффективная проверка плавной и точной работы двигателя.
Усовершенствованные технологии управления исключают необходимость в сенсорах обратной связи
Полевое управление (FOC), также известное как векторное управление, является все более популярным методом управления несколькими двигателями, потому что во многих случаяхэто устраняет необходимость в датчиках обратной связи, таких как кодеры или датчики эффекта Холла, а также связанные с ними затраты и размеры.Основной компромисс между FOC и не FOC технологий заключается в том, что FOC требует выполнения в режиме реального времени большого количества высокоточных вычислений и матричных операций.
Моторный контроллер TMC4671-LA от Analog Devices специально разработан для FOC с встроенными алгоритмами и специальными двигателями, способными выполнять требуемые сложные вычисления.Этот сервоконтроллер для DC, бесшовный постоянный ток (BLDC) и шаговые двигатели обеспечивают управление крутящим моментом через FOC и управление скоростью и положением через каскадное управление.
TMC4671-A поддерживает связи SPI и UART и может выполнять базовую связь с микроконтроллерами (MCU).включая интегрированный ADC, интерфейс датчика положения для опциональной обратной связи, интерполятор положения и т. д., обеспечивающий полностью функциональный сервоконтроллер для широкого спектра сервоприложений.
Таблица оценки TMC4671-EVAL (рисунок 3) для TMC4671-A упрощает процесс настройки необходимых параметров FOC и оценки производительности двигателя в рамках этой расширенной схемы управления.Дизайнеры подключили TMC4671-EVAL к мосту соединенияЭта настройка позволяет легко настроить пропорциональные интегральные (PI) контроллеры и схемы обратной связи,и поддерживает работу двигателя в стандартном положении, режимы управления скоростью и крутящим моментом.