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为高性能运动控制设计的数字驱动器

发布时间:2023-02-02 来源:控制工程网

  紧凑型的数字驱动器将集成电路和数字放大器结合起来,组成可安装在PCB板上的超紧凑封装。除了先进的伺服和步进电机控制,此类驱动器还可以对S曲线点对点移动、大量通用数字和模拟输入/输出(I/O)以及正弦/余弦和BiSS-C编码器提供支持。除主机网络外,还支持扩展CAN和SPI网络,以支持分层网络体系结构。
  近来,市场上用于精密运动控制的小型电机、控制器和传感器频繁发布。对用于移动机器人、无人机和电池供电应用的运动控制组件的日益增长的需求,推动了这些应用的发展。这些趋势也加速了运动控制技术的发展,使工程师能够建造耗电和噪音更低、占用空间更少的系统。
  当涉及到电机和放大器尺寸时,对于越来越多的应用来说,通常越小越好,因此在构建使用运动控制的机器时越接近越好。对于那些集成了模拟传感器的系统更是如此。
  提高运动性能和定位精度
  原因归结为两个简单的原则:信号传输距离越短,信号也就更清晰、更准确;信号传输距离越短,伺服回路也就可以运行得更快,同时仍然保持安全的相位裕度。这两个因素都会对运动性能产生重大影响,尤其是定位精度。
  对于一些机器应用,虽然使用传输距离较短的信号,不会带来较明显的性能改进,但使用较小电机的系统,以及使用新一代编码器的系统,例如致力于以纳米甚至皮米为单位测量超高精度的sin/cos编码器,都会显著改善系统的性能。对于需要保持较高的位置或速度控制精度的主轴来讲,快速伺服回路和干净的传感器信号,也会带来明显的差异。
  这是因为,这些设备完成了与机器控制功能相关的所有繁重工作。它们可以运行用户应用程序代码,生成运动轨迹,处理伺服定位,并利用板载放大器驱动电机。这些设备还提供多种接口,如串行、CAN和以太网。最重要的是,它们体积很小,只有3到5厘米。
  虽然不是新产品,但在过去10年中,安装在PCB板上的运动控制模块,在功率输出增加的同时,其尺寸在不断缩小。由于便利性,这些设备将继续存在,未来尺寸会继续缩小,功能也会继续扩展。
  最后,也许小型化控制的最大影响是它允许重新组织机器结构。从集中式运动转向本地/嵌入式运动的转变,带来了更好的信号完整性、更快的伺服回路、更少的EMI、更高的可靠性和更低的成本。
  移动和微型运动控制应用
  由于对患者治疗设备、移动诊断设备和电池驱动医疗设备的需求,移动和便携式运动控制应用正在迅速普及。设计工程师被要求去建造占用更少空间、使用更少电力而仍能提供更高性能的系统。
  有些设计工程师使用即插即用设备来构建特定于应用的运动控制板,他们的任务更多的是互连,而不是实际的电路设计。尽管由IC设计的完整运动板,通常需要10层以上的PCB和严格的数字和模拟设计技能,而即插即用运动控制模块构建的板通常是2层或最多4层,设计任务侧重于选择连接器和指定板的外形尺寸。
  使用这些一体化设备,构建完全定制的电路板就轻而易举;一个简单的 2 层或 4 层互连板,可以连接多个驱动器。(作者:Pam Gazley, Performance Motion Devices)

标签:驱动器,步进电机,运动控制

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