Servomoteurs et entraînements

Servomoteur

Un servomoteur est un type de moteur qui peut atteindre une position, une vitesse et un contrôle de couple précis en fonction des signaux de contrôle dans les systèmes de contrôle automatisés. Les servos offrent une haute précision, des performances et une stabilité, ce qui les rend largement utilisés dans les applications nécessitant un contrôle de mouvement précis. Les servomoteurs fournissent généralement une position de temps réelle - et de la vitesse de vitesse via un dispositif de rétroaction (comme un encodeur ou un capteur), permettant un ajustement rapide des signaux de contrôle basés sur des conditions réelles pour maintenir la position précise du moteur. Les servomoteurs sont généralement classés en trois types: les servomoteurs CC, les servomoteurs AC et les servomoteurs de stepper.

Les servomoteurs DC sont un type de moteur largement utilisé dans les systèmes de contrôle automatisés. Par rapport aux moteurs DC conventionnels, ils comportent un système de contrôle de boucle fermé -, permettant un réglage du temps réel - des signaux de contrôle basés sur des signaux de rétroaction. Les servomoteurs DC offrent des vitesses et des vitesses de réponse plus élevées, ainsi qu'une plus grande sortie de couple. Cependant, ils nécessitent une alimentation plus stable.

Les servomoteurs AC sont constitués d'un enroulement du stator et d'une armature rotative. L'enroulement du stator génère généralement un champ magnétique, tandis que l'armature rotative transporte la charge et tourne. Les moteurs électriques fonctionnent en tournant une bobine de fil dans un champ magnétique. Les servomoteurs AC obtiennent un contrôle de mouvement efficace et précis à travers différentes combinaisons de courant et de champ magnétique. AC Servomoteurs offrent une sortie à grande vitesse, à haute précision et à un couple élevé, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant un contrôle de mouvement des performances élevé -, tels que la robotique, l'équipement d'automatisation et les machines-outils CNC. Cependant, par rapport aux moteurs à courant continu, les servomoteurs AC nécessitent généralement des systèmes de contrôle plus complexes et sont généralement plus chers.

Servomade

Un service de servo est un appareil utilisé pour contrôler le mouvement d'un servomoteur et est un composant indispensable d'un système de servo. Il est généralement utilisé en conjonction avec un servomoteur pour obtenir une position, une vitesse et un contrôle de force précis. Les dispositifs de service intègrent généralement divers algorithmes de contrôle pour ajuster avec précision la vitesse et la position du moteur en fonction des signaux de contrôle. Ils prennent en charge les commentaires de l'encodeur, permettant une surveillance du temps réelle - de la position et de la vitesse du moteur, atteignant le contrôle de la boucle fermé - et l'amélioration de la précision et de la stabilité du contrôle. Ils sont également équipés de diverses interfaces de communication pour communiquer avec un ordinateur hôte ou d'autres appareils, permettant la surveillance et le contrôle à distance. Les lecteurs de servo incluent également diverses caractéristiques de protection, telles que la surintensité, la sur-température, la surtension et la protection des pertes de phases, pour s'assurer que le moteur et la conduite fonctionnent dans des gammes de sécurité. La fonction principale d'un service servo est de recevoir des signaux de contrôle et, à l'aide des algorithmes de contrôle interne, de les convertir en courant pour contrôler le servomoteur, atteignant ainsi un contrôle de position précis.

Avec le développement rapide de la technologie de l'électronique de puissance et de la théorie du contrôle moderne, les systèmes de service de service entièrement numériques sont devenus grand public. Les lecteurs de servomages évoluent également vers une haute précision, des performances élevées, une intégration, une modularisation, une universalité, un réseautage et une intelligence.
 

1) haute précision et haute performance
En règle générale, les lecteurs de servo utilisent souvent des microcontrôleurs de vitesse élevés - comme processeurs de base pour améliorer la vitesse de calcul et la puissance de traitement. Avec la précision croissante des encodeurs, la précision des performances et du contrôle des entraînements de servo à basse vitesse s'est amélioré, ce qui les rend particulièrement populaires dans la robotique industrielle de précision - élevée. L'introduction de méthodes et de stratégies de contrôle avancées, telles que le contrôle non linéaire avancé et l'identification des paramètres et le réglage de soi -, a encore amélioré les performances des lecteurs.

2) Intégration et modularité

Avec la miniaturisation des robots industriels et la progression continue de la technologie des semi-conducteurs, les disques et les moteurs se tournent vers la miniaturisation, l'intégration et l'intégration. Cette tendance a considérablement augmenté la puissance de calcul des contrôleurs de servo, les contrôleurs intégrés du bras, du DSP et du FPGA devenant courant.

La modularité consiste à diviser les disques de servo en modules en fonction de leurs fonctions et à les combiner pour répondre aux besoins spécifiques. La modularité nécessite de développer et de concevoir des modules individuels, qui peuvent ensuite être combinés pour répondre aux besoins spécifiques, en réduisant les coûts de conception. La modularité augmente également la flexibilité des systèmes et facilite la maintenance des systèmes de service des servo.

3) l'universalisation
L'universalisation intègre les différentes fonctions d'un lecteur servo, permettant aux utilisateurs de contrôler divers modes de fonctionnement, tels que le contrôle de vecteur de boucle fermé -, le contrôle du moteur et le contrôle de vecteur de boucle -, sans modifier la configuration matérielle, en activant son application dans divers environnements de travail.

Actuellement, les disques universels sont relativement chers et manquent toujours d'une application optimale dans certaines applications. Par conséquent, la conception de disques spécialisés est nécessaire pour réduire les coûts et atteindre la miniaturisation.

4) Réseautage
Avec l'avancement continu de la technologie industrielle et les demandes croissantes imposées aux environnements industriels, les technologies de communication sur les bus de terrain telles que Rs485 et peuvent, souvent caractérisées par une mauvaise communication temporelle réelle - et de faibles vitesses de communication, sont de plus en plus incapables de répondre aux demandes de la production industrielle moderne. Par conséquent, les technologies de bus Ethernet industrielles, telles que Etermat, commencent à être appliquées dans des systèmes dirigés par serveur-. Les technologies de bus Ethernet industrielles peuvent répondre aux exigences réelles de contrôle du temps - et sont largement utilisées dans l'industrie du contrôle industriel.

5) Intelligence
Dans le domaine de la robotique industrielle, l'intelligence est actuellement une tendance majeure dans le développement des disques. Grâce à des stratégies de contrôle intelligentes, les lecteurs de servos possèdent des caractéristiques d'intelligence artificielle telles que l'adaptation de soi - et l'apprentissage de soi -. L'intelligence de Servo Drives simplifie et réduit considérablement le temps de débogage des robots industriels. Il réduit également considérablement les exigences techniques de débogage du personnel, réduisant ainsi les coûts d'exploitation.

Conception du matériel du pilote

En tant que fabricant de conducteur de servo leader, les produits de Tonghang sont principalement constitués de composants matériels, notamment des puces de contrôle, des circuits de conducteur, des circuits d'alimentation, des circuits de détection de tension, des circuits d'échantillonnage de courant, des circuits d'interface de communication et des circuits d'interface d'encodeur. Ces circuits permettent les différentes fonctions du conducteur de servo et assurent le fonctionnement du système stable et fiable. Par conséquent, dans la recherche sur le matériel du conducteur Servo, l'analyse et l'intégration de chaque circuit sont cruciales.

1. Sélection des puces

Le circuit de contrôle matériel joue un rôle crucial dans un lecteur servo. Il est principalement responsable de l'échantillonnage des signaux analogiques, du comptage des impulsions du codeur moteur et de la sortie des formes d'onde PWM pour contrôler le circuit de l'onduleur à travers un algorithme de contrôle, atteignant ainsi un contrôle précis du servomoteur.

En tant que composant central d'un contrôleur de conduite servo, le circuit de contrôle remplit plusieurs fonctions:
1) Réponse rapide: Le circuit de contrôle doit être en mesure de répondre rapidement aux signaux de rétroaction du capteur et aux instructions de l'algorithme de contrôle pour obtenir un contrôle moteur rapide et précis.
2) Fiabilité élevée: le circuit de commande doit subir une conception et des tests rigoureux pour assurer un fonctionnement stable et fiable, protégeant la sécurité et la stabilité de l'ensemble du système.
3) Haute - Computing de vitesse: l'implémentation de l'algorithme de contrôle nécessite une grande quantité de traitement des données de vitesse - élevé, de sorte que la puce du circuit de contrôle doit posséder des capacités de traitement des performances élevées - et de la vitesse de calcul.
4) High-Precision Control: To achieve high-precision motor control, the control circuit requires high-precision data processing capabilities to ensure the accuracy and precision of the control algorithm. 5) Real-time monitoring: The control circuit needs to be able to monitor and feedback various indicators of the motor in real time, de manière à détecter et à gérer des situations anormales dans le temps et à protéger le fonctionnement normal du moteur et du système. Par conséquent, pour la sélection des puces du circuit de commande, il est nécessaire de considérer pleinement les exigences ci-dessus pour garantir que le circuit de commande peut obtenir de manière stable, avec précision et efficacement un contrôle précis du servomoteur et assurer le fonctionnement stable de l'ensemble du système.

2. Circuit d'entraînement

Le circuit d'entraînement de sortie du service servo est un composant clé qui convertit les signaux de contrôle en mouvement du moteur. Il se compose d'un circuit d'entraînement de trois- à trois- - composé de six transistors MOS de canal N -. Le circuit d'entraînement de sortie comprend également un circuit de rétroaction de courant, qui divise le courant de sortie en deux chemins et les transmet à un circuit d'échantillonnage de courant différentiel. Ce circuit revient ensuite au système de contrôle, terminant le contrôle de boucle fermé -.

3. Circuit d'échantillonnage de courant différentiel

Les circuits d'échantillonnage du courant différentiel sont couramment utilisés pour mesurer et acquérir des changements dans les signaux de courant de phase de servomoteur. Ce circuit est crucial pour le contrôle et la protection des disques. Les signaux de courant de phase du moteur mesurés par le circuit d'échantillonnage du courant différentiel sont les principaux paramètres d'entrée nécessaires pour conduire le moteur et refléter directement la charge et l'état de fonctionnement du moteur. Les disques utilisent des systèmes de contrôle de boucle fermés - pour obtenir un contrôle précis du mouvement du servomoteur. Le circuit d'échantillonnage du courant différentiel fournit des signaux de rétroaction, qui sont utilisés pour ajuster le courant de sortie du moteur pour atteindre les caractéristiques et la position de mouvement souhaités. Le diagramme du circuit d'échantillonnage du courant différentiel est illustré sur la figure. Ce qui suit est le processus d'échantillonnage de courant différentiel.

Premièrement, le capteur de courant convertit le courant de phase du moteur en un signal de courant. Ces signaux de courant représentent le courant consommé par le moteur pendant le fonctionnement. Ensuite, un circuit d'échantillonnage de courant différentiel divise le signal de courant en deux chemins et effectue une mesure différentielle entre les deux chemins pour obtenir la différence entre les signaux de courant. Ce signal différentiel est ensuite traité par un amplificateur opérationnel. L'amplificateur opérationnel dans le circuit d'échantillonnage du courant différentiel amplifie le signal différentiel, convertit le courant en tension et améliore l'amplitude et la stabilité du signal. Enfin, le signal traité sert d'entrée au système de contrôle de rétroaction. En comparant le signal de rétroaction avec la valeur définie, le système de contrôle ajuste la sortie du moteur pour atteindre l'état de mouvement souhaité.

4. Circuit d'alimentation de l'encodeur

L'encodeur du servomoteur nécessite une alimentation séparée. Pour garantir un fonctionnement approprié et une rétroaction précise de position, il doit être fourni avec une alimentation appropriée. L'encodeur servomoteur sélectionné par Tonghang utilise une alimentation 5V, de sorte que le circuit d'alimentation de l'encodeur doit dépasser l'alimentation entrante pour assurer un fonctionnement stable et fiable et des signaux de rétroaction de position précis.

Le circuit d'alimentation de l'encodeur est illustré sur la figure. Après être connecté à une alimentation externe 24 V CC, la puissance d'entrée passe d'abord à travers plusieurs condensateurs parallèles. Ces condensateurs réduisent le bruit et l'ondulation dans l'alimentation d'entrée et stabilisent la tension. Une étape DC - cc - Chip de régulateur vers le bas effectue ensuite la première étape - en bas, réduisant la tension d'alimentation à 8v. La tension 8V résultante a deux destinations: d'abord, il est utilisé comme alimentation du circuit du pilote de sortie; Deuxièmement, après avoir filtré et stabilisé la tension à travers plusieurs condensateurs parallèles, le régulateur stabilise la tension d'entrée 8V en une tension de sortie +5 V. La puce de régulateur linéaire utilise des circuits internes pour stabiliser la tension d'entrée à la tension de sortie spécifiée. Ce régulateur sortira une tension fixe +5 V.

5. Circuit d'interface réseau

Le circuit d'interface réseau est un circuit d'interface Ethernet qui connecte les ordinateurs ou les périphériques réseau, transportant la fonction de communication entre l'esclave et le maître. La communication entre l'esclave et le maître nécessite un câble réseau externe. Cependant, bien que le contrôleur d'esclaves ait une interface PHY, il ne peut pas être directement connecté à l'interface du câble réseau. Par conséquent, une interface de câble réseau supplémentaire est nécessaire pour connecter le câble réseau pour communiquer avec le maître.

Les ports Ethernet de la série Tonghang sont généralement conçus pour la transmission et le traitement des signaux de fréquence élevés - élevés, offrant des performances et une stabilité élevées. Le - du port du port dans le transformateur de réseau magnétique améliore la transmission et la stabilité du signal lors de la transmission des données, empêchant l'interférence externe et le bruit électrique d'atteindre le dispositif. Construit - dans les condensateurs et les résistances filtrent et isolent également les signaux, améliorant davantage la stabilité du signal et la résistance aux interférences.

6. Circuit d'interface de l'encodeur

L'encodeur est un composant clé d'un système de servomotes, fournissant une position de position et de vitesse. L'encodeur sortit des signaux d'impulsion qui représentent la rotation du moteur. Le circuit d'interface de l'encodeur interprète ces signaux d'impulsion et les convertit en informations telles que la position et la vitesse réelles du moteur. Le circuit d'interface de l'encodeur fournit également au codeur une puissance 5V, qui est démis de ses fonctions par le circuit d'alimentation du codeur, garantissant une alimentation stable pendant le fonctionnement.

L'encodeur du servomoteur est un encodeur incrémentiel. Cet encodeur génère des signaux d'impulsion pour indiquer des changements de position. Ces signaux d'impulsion sont composés de phases A, B et Z. Les phases A et B sont utilisées pour mesurer la position et la direction, tandis que la phase Z est généralement utilisée pour identifier un point de référence ou une position zéro.

7. USB - à - circuit série

Un circuit série USB - vers - permet une communication entre un lecteur servo et un ordinateur. En tant que composant central de l'ensemble du circuit, il convertit les données reçues de l'interface USB dans un format série et envoie les données série au lecteur Servo, et vice versa. Le circuit série USB - vers - est illustré sur la figure.

8. Circuit d'interface de freinage

Le circuit d'interface de frein contrôle l'action de freinage du servomoteur, lui permettant de s'arrêter rapidement et avec précision. Le circuit d'interface de frein reçoit des signaux de commande de frein ou des signaux de libération de frein et les convertit en signaux de contrôle appropriés pour activer ou désactiver l'action de freinage du service du servo. Le circuit d'interface de frein est illustré sur la figure. L'amplificateur opérationnel (AMP OP) sur la figure est un composant clé du circuit d'interface de frein. Lorsque les signaux d'interférence pénètrent dans le signal de freinage, l'ampli OP, combiné avec un circuit de filtre, filtre le signal d'entrée, supprimant l'interférence et conservant la partie valide du signal de frein. L'ampli OP remplit également plusieurs fonctions, y compris l'amplification du signal, la comparaison et le conditionnement.

9. Circuit de détection de tension d'alimentation

Le circuit de détection de tension d'alimentation surveille le niveau de tension d'alimentation pour s'assurer qu'il reste stable dans la plage de fonctionnement spécifiée. En surveillant la tension d'alimentation en temps réel, le circuit de détection de tension d'alimentation aide à améliorer la sécurité et la fiabilité du système. La figure 13 montre le circuit de détection de tension d'alimentation. Après la division de tension, la tension du 22Q est échantillonnée à travers le port d'échantillonnage ADC. Le logiciel calcule alors si la tension réelle répond à la tension requise. Ce n'est que lorsque la valeur de tension est normale que le lecteur de servo peut fonctionner normalement.

10. circuit LED et circuit de commutation

Un circuit de commutation est ajouté pour vérifier la fonctionnalité d'entrée IO de l'esclave, tandis qu'un circuit LED vérifie sa fonctionnalité de sortie IO. Comme le montre la figure, le circuit de commutation est connecté à une tension de 3,3 V. Une résistance est ajoutée au circuit pour éliminer les vibrations mécaniques. Dans la conception du circuit LED, illustré sur la figure, une extrémité de la LED est connectée à GND, et l'autre extrémité peut être éclairée en étendant simplement un niveau élevé à partir d'une broche de microprocesseur. La LED fonctionne à 1,2 V, et un circuit de bas de pas - est utilisé pour démissionner de la tension de 3,3 V. Le circuit de bas de l'étape - est illustré à la figure 15. Le circuit de baisse de 3,3 V étape -, conçu à l'aide d'une puce de régulateur de tension AMS117, génère une tension de 1,2 V pour le circuit LED.

11. circuit de mesure de la température

La valeur de température est échantillonnée et traitée par un capteur de température NTC (coefficient de température négatif), qui est connecté à l'ADC. Un NTC est un thermistance de coefficient de température négatif dont la résistance diminue à mesure que la température augmente. Étant donné que la résistance d'un NTC change de façon exponentielle avec la température, la température peut être déduite en mesurant la résistance. Lorsque le courant passe par un capteur de température NTC, il génère une certaine quantité de chaleur. Si cette chaleur ne peut pas être dissipée dans le temps, la température du capteur de température NTC augmentera, provoquant une diminution de sa résistance. Dans ce cas, le courant augmentera considérablement, provoquant une augmentation de la température du capteur de température NTC, formant un cercle vicieux qui peut éventuellement entraîner une surchauffe du capteur de température NTC, ce qui le faisait brûler ou prendre feu.

12. Implémentation matérielle

L'implémentation matérielle implique principalement le lecteur Servo. Un diagramme du service servo est illustré sur la figure.

Tonghang a effectué une conception détaillée du matériel Servo Drive et a terminé sa mise en œuvre du matériel. Il a effectué des recherches en profondeur - sur chaque module, y compris le microcontrôleur, le contrôleur d'esclaves, le circuit de conduite, le circuit d'échantillonnage du courant différentiel, le circuit d'interface du codeur et le circuit d'interface du câble du réseau. Il a également démontré la carte de circuit imprimé.