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四個(gè)方面,詳析面向伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制解決方案

發(fā)布時(shí)間:2024-06-01 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】智能運(yùn)動(dòng)控制是高度敏捷且可持續(xù)制造的核心,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中從泵到傳送帶、擠壓沖床再到機(jī)器人,電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器起到舉足輕重的作用。電機(jī)在我們生活中已極其普遍,現(xiàn)安裝電機(jī)約有上億臺(tái),每年新增部署約千萬(wàn)臺(tái)。


智能運(yùn)動(dòng)控制是高度敏捷且可持續(xù)制造的核心,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中從泵到傳送帶、擠壓沖床再到機(jī)器人,電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器起到舉足輕重的作用。電機(jī)在我們生活中已極其普遍,現(xiàn)安裝電機(jī)約有上億臺(tái),每年新增部署約千萬(wàn)臺(tái)。


伺服系統(tǒng)在工業(yè)系統(tǒng)扮演著重要角色,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)收集和傳輸電機(jī)數(shù)據(jù),有效的支持了數(shù)字化轉(zhuǎn)型和敏捷生產(chǎn),并且通過(guò)提高部署電機(jī)的能效以減少碳排放來(lái)對(duì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。工業(yè)消耗的能源約占總能源的30%,而電機(jī)消耗了大約70%的工業(yè)能源,如果每臺(tái)電機(jī)通過(guò)適當(dāng)?shù)呢?fù)載匹配及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都以盡可能高效的方式驅(qū)動(dòng),全球能源用量則有望減少10%。


ADI最新上線的解決方案《ADI面向高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的可持續(xù)運(yùn)動(dòng)控制解決方案》從工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)電機(jī)控制中的電流反饋、工業(yè)以太網(wǎng)連接以及網(wǎng)絡(luò)安全四個(gè)方面,為大家介紹了智能運(yùn)動(dòng)的全套解決方案。


四個(gè)方面,詳析面向伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制解決方案


一、工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)

工業(yè)中絕大多數(shù)電機(jī)都直接連接到交流電網(wǎng),并以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,而電機(jī)變速運(yùn)行可以節(jié)省大量系統(tǒng)能源。變速電機(jī)推動(dòng)著逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變:雖然開(kāi)環(huán)逆變器系統(tǒng)控制精度有限且足以支持許多應(yīng)用,但包含位置和電流控制器的變速驅(qū)動(dòng)器可為要求更高的應(yīng)用提供更佳的性能,也對(duì)電機(jī)速度和扭矩的精密控制有利。不同系統(tǒng)在控制性能方面差異較大,在復(fù)雜的工業(yè)機(jī)械中不同系統(tǒng)可組合使用并以同步方式運(yùn)行。


變速驅(qū)動(dòng)器和以此為基礎(chǔ)的多軸機(jī)械的主要趨勢(shì)是朝著更廣泛、更透明的互聯(lián)互通邁進(jìn),如今表現(xiàn)為在更廣泛的工業(yè)系統(tǒng)中通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接,這給控制、實(shí)時(shí)洞察和生產(chǎn)力帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢(shì),但也提出了與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的新挑戰(zhàn)。


四個(gè)方面,詳析面向伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制解決方案

圖1:變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)


變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)框架概述

圖1框圖示例了中高性能變速驅(qū)動(dòng)器的典型信號(hào)鏈,大體有幾大主要模塊:

  • 高壓電源

  • 控制電源

  • 編碼器

  • 控制器

  • 三相逆變器

  • 信號(hào)隔離

  • 安全控制

  • 安全連接


逆變器及控制信號(hào)關(guān)鍵元件概述

在逆變和控制信號(hào)鏈中,ADI擁有廣泛的產(chǎn)品線且提供了系統(tǒng)魯棒性,圖2示出了信號(hào)鏈中的若干關(guān)鍵器件:

  • 電流檢測(cè)

  • 編碼器

  • 編碼器RS485接口

  • 控制器

  • 工業(yè)以太網(wǎng)連接

  • 電源


四個(gè)方面,詳析面向伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制解決方案

圖2. 逆變器及控制信號(hào)鏈關(guān)鍵元件示例


第一部分中關(guān)于變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)的幾大模塊以及信號(hào)鏈中的關(guān)鍵器件,文檔《ADI面向高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的可持續(xù)運(yùn)動(dòng)控制解決方案》中都做了詳細(xì)的介紹,建議下載文檔查看。


四個(gè)方面,詳析面向伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制解決方案


二、工業(yè)電機(jī)控制中的電流反饋

電流反饋是伺服驅(qū)動(dòng)器整體控制性能的基本組成部分,在進(jìn)行電流反饋路徑的設(shè)計(jì)時(shí),需要注意幾個(gè)部分:

1)電流測(cè)量需要與PWM周期同步,盡量不將高頻開(kāi)關(guān)電流紋波引入反饋路徑,通常采用14至16位測(cè)量分辨率對(duì)至少兩個(gè)電機(jī)相位同時(shí)采樣, 延遲低至微秒級(jí)以便控制環(huán)路能夠在電流PWM周期內(nèi)做出響應(yīng);

2)低失調(diào)漂移是一個(gè)重要特性,這有助于盡可能地減少由相間偏移引起的任何扭矩紋波;

3)電流測(cè)量需要被隔離或在較低的電壓系統(tǒng)中進(jìn)行且具有高共模能力。


電流反饋實(shí)現(xiàn)的幾種不同方法

電流反饋的實(shí)現(xiàn)方法并非唯一,大致可以概括為如下幾種:

  • 串聯(lián)分流器檢測(cè)

  • 隔離電流檢測(cè)

  • 類(lèi)相分流電阻檢測(cè)


電流電壓反饋主要器件及規(guī)格

下面列出了伺服電機(jī)電流和電壓反饋設(shè)計(jì)中若干器件的重要規(guī)格:

  • ADuM770x:隔離式Σ-? ADC,超低失調(diào)漂移有助于減少扭矩紋波。

  • ADuM4195-1:用于電壓和電流反饋的新型隔離放大器。通

  • AD7380:先進(jìn)的雙通道同步16位或14位SAR ADC

  • AD8411:適用于較低電壓系統(tǒng)的高共模電流檢測(cè)放大器


四個(gè)方面,詳析面向伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制解決方案

圖3.電流反饋方案示例



第二部分電流反饋實(shí)現(xiàn)的方法、電流電壓反饋主要器件及規(guī)格在問(wèn)文檔《ADI面向高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的可持續(xù)運(yùn)動(dòng)控制解決方案》中均做了詳細(xì)的介紹和舉例,請(qǐng)下載文檔查看。


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