Ushbu maqola dvigatelni boshqarish uchun joylashuvni aniqlash interfeyslarini ishlab chiqishda sanoat avtomatizatsiyasi sohasida dizaynerlar duch keladigan umumiy qiyinchiliklarni koʻrib chiqadi{0}}xususan, yuqori tezlik va kichikroq oʻlchamlarni talab qiladigan ilovalarda pozitsiyani aniqlash. Dvigatel holatini aniq o'lchash uchun kodlovchilardan olingan ma'lumotlardan foydalanish avtomatlashtirish va mexanizmlarning muvaffaqiyatli ishlashi uchun juda muhimdir. Tez, yuqori{3}}ravshanlik, ikki-kanalli sinxron namuna olish analog{5}}raqamli{6}}konvertorlari (ADC) bunday tizimlarning muhim komponentlari hisoblanadi.
Kirish
Dvigatelning joylashuvi, tezligi va yoʻnalishi kabi aniq aylanish maʼlumotlari mikrokomponentlarni PCB maydonlariga cheklangan joy-oʻrnatuvchi yigʻish mashinalari kabi yangi paydo boʻlgan ilovalar uchun aniq drayvlar va kontrollerlarni ishlab chiqarish uchun zarurdir. So'nggi paytlarda motor boshqaruvi kichiklasha boshladi, bu sog'liqni saqlash sanoatida yangi jarrohlik robototexnika ilovalari va aerokosmik va mudofaa sohasida yangi dron ilovalarini yaratish imkonini berdi. Kichikroq motor kontrollerlari, shuningdek, sanoat va tijorat yig'ishda yangi ilovalarni boshqaradi. Dizaynerlar uchun vazifa yuqori tezlikdagi ilovalarda joylashuvni qayta tiklash datchiklarining yuqori-aniqlik talablarini qondirish va robot qoʻllari kabi miniatyura paketlari ichiga oʻrnatish uchun cheklangan PCB maydoniga barcha komponentlarni birlashtirishdan iborat.
1-rasm. Yopiq{1}}Dvigatelni boshqarishning teskari aloqa tizimi
Dvigatelni boshqarish
Dvigatelni boshqarish halqasi (1-rasmda ko'rsatilganidek) birinchi navbatda vosita, boshqaruvchi va pozitsiyani qayta tiklash interfeysidan iborat. Dvigatel milni aylantiradi, robot qo'lini mos ravishda harakatga keltiradi. Dvigatel boshqaruvchisi vosita kuch ishlatganda, u to'xtaganda yoki aylanishda davom etganda boshqaradi. Loop ichidagi joylashuv interfeysi kontrollerni tezlik va joylashuv ma'lumotlari bilan ta'minlaydi. Miniatyura sirtiga o'rnatilgan PCBlarni ishlov beradigan yig'ish mashinalari- uchun bu ma'lumotlar to'g'ri ishlashi uchun juda muhimdir. Ushbu ilovalarning barchasi aylanadigan ob'ektlarning aniq pozitsiyasini o'lchashni talab qiladi.
Dvigatel mili o'rnini aniq aniqlash, tegishli mikro{0}}komponentlarni olish va ularni doskaning to'g'ri joylariga joylashtirish uchun joylashuv datchiklari juda yuqori ruxsatga ega bo'lishi kerak. Bundan tashqari, yuqori vosita tezligi ko'proq pastadirli tarmoqli kengligi va past kechikishni talab qiladi.
Pozitsiya haqida fikr bildirish tizimlari
Past darajali{0}}ilovalarda joylashuvni aniqlash incremental sensorlar va komparatorlar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Biroq, yuqori{2}}ilovalar yanada murakkab signal zanjirlarini talab qiladi. Ushbu qayta aloqa tizimlari joylashuv sensorlarini o'z ichiga oladi, so'ngra analog oldingi signalni sozlash-, ADC va ADC drayveri. Raqamli domenga kirishdan oldin ma'lumotlar ushbu komponentlar orqali o'tadi. Eng aniq joylashuv sensori optik kodlovchi hisoblanadi. Optik kodlovchi LED yorug'lik manbai, vosita miliga biriktirilgan belgilangan disk va fotodetektordan iborat. Diskda yorug'likni to'sib qo'yadigan yoki o'tishiga imkon beruvchi shaffof va shaffof maskalangan joylar mavjud. Fotodetektor bu yorug'lik signallarini aniqlaydi, yorug'likni yoqish/o'chirish impulslarini elektron signallarga aylantiradi.
Disk aylanayotganda, fotodetektor (disk namunasi bilan sinxronlangan) kichik sinus va kosinus signallarini (mV yoki mV darajasida) hosil qiladi. Ushbu konfiguratsiya mutlaq pozitsiyali optik enkoderlar uchun odatiy hisoblanadi. Bu signallar analog signal konditsioner davrlariga kiradi (odatda 1 V cho'qqi{3}}to-gacha bo'lgan signallarni olish uchun diskret kuchaytirgichlar yoki analog PGAlardan iborat), odatda ADC kirish kuchlanish diapazonini maksimal dinamik diapazonga moslashtirish uchun. Har bir kuchaytirilgan sinus va kosinus signali sinxron namuna olish ADC ning haydovchi kuchaytirgichi tomonidan ushlanadi.
ADC ning har bir kanali bir vaqtning o'zida sinus va kosinus ma'lumotlar nuqtalarini olish uchun sinxron namuna olishni qo'llab-quvvatlashi kerak, chunki bu birlashtirilgan nuqtalar eksa joylashuvi haqida ma'lumot beradi. ADC konvertatsiya natijalari ASIC yoki mikrokontrollerga yuboriladi. Dvigatel boshqaruvchisi har bir PWM siklida enkoder o'rnini so'raydi va bu ma'lumotlardan motorni qabul qilingan buyruqlar bo'yicha boshqarish uchun foydalanadi. Ilgari cheklangan kengash maydoniga integratsiya qilish uchun tizim dizaynerlari ADC tezligini yoki kanallar sonini qurbon qilishlari kerak edi.
Shakl 2. Pozitsiyani qayta aloqa tizimi
Joylashuv bo'yicha fikr-mulohazalarni optimallashtirish
Texnologiya taraqqiyotda davom etar ekan, yuqori aniqlikdagi joylashuvni aniqlashni talab qiluvchi motor boshqaruvi ilovalari doimiy ravishda yangilanib bormoqda. Optik enkoderlarning o'lchamlari diskdagi nozik fotolitografiya qilingan uyalar soni bilan aniqlanishi mumkin, odatda yuzlab dan minglabgacha. Ushbu sinus va kosinus signallarini yuqori -tezlikda, yuqori{4}}ishchanlikdagi ADC larga berish orqali, kodlovchi diskida tizim oʻzgarishlarini talab qilmasdan, yuqori aniqlikdagi enkoderlarni yaratish mumkin. Masalan, 3-rasmda ko'rsatilgandek, kodlovchining sinus va kosinus signallarini pastroq tezlikda tanlab olish faqat cheklangan miqdordagi signal qiymatlarini ushlaydi; bu joylashuv sig'imining aniqligini cheklaydi. 3-rasmda ADC bilan yuqori tezlikda namuna olish yanada aniqroq signal qiymatlarini olish imkonini beradi, bu esa pozitsiyani aniqroq aniqlash imkonini beradi. ADC ning yuqori tezlikdagi namuna olish tezligi ortiqcha namuna olishni qoʻllab-quvvatlaydi, shovqin unumdorligini yanada yaxshilaydi va baʼzi raqamli postlarni qayta ishlash talablarini bekor qiladi. Bir vaqtning o'zida ADC ning chiqish ma'lumotlar tezligini kamaytirish mumkin, ya'ni u sekinroq ketma-ket chastotali signallarni qo'llab-quvvatlaydi va shu bilan raqamli interfeysni soddalashtiradi. Dvigatel holatini qayta tiklash tizimlari motor majmuasiga o'rnatilgan bo'lib, ular ba'zi ilovalarda juda ixcham bo'lishi mumkin. Shuning uchun o'lcham kodlovchi modulni cheklangan PCB maydoniga moslashtirish uchun juda muhimdir. Bir nechta kanal komponentlarini bitta miniatyura paketiga birlashtirish joyni sezilarli darajada tejash imkonini beradi.
Shakl 3. Namuna olish tezligi
Optik kodlovchi joylashuvi haqida fikr-mulohazaning dizayn namunasi
4-rasmda optik kodlovchining joylashuvi haqida fikr bildirish tizimlari uchun mos keladigan optimallashtirilgan yechimning namunasi ko'rsatilgan. Ushbu sxema mutlaq{2}}tipli optik kodlovchilar bilan osongina interfeysga kiradi, so'ngra kodlovchidan differensial sinus va kosinus signallarini osongina ushlaydi. ADA4940-2 old{6}}kuchaytirgich AD7380ni haydash uchun qoʻsh{7}}kanalli, past-shovqinli, toʻliq differentsial kuchaytirgichdir. Ikkinchisi qoʻsh kanalli, 16{31}}bitli, toʻliq differentsial, 3 mm × 3 mm ixcham LFCSP paketiga joylashtirilgan 4 MSPS sinxron namuna olish SAR ADC. Chipdagi -2,5 V mos yozuvlar kuchlanish manbai bu sxemani minimal miqdordagi komponentlar bilan amalga oshirish imkonini beradi. ADC ning VCC va VDRIVE, kuchaytirgich drayverining ta'minot relslari bilan birga LT3023 va LT3032 kabi LDO regulyatorlari tomonidan quvvatlanishi mumkin. Bu mos yozuvlar konstruksiyalari oʻzaro bogʻlanganda (masalan, 1024-koder disk aylanishida 1024 sinus va kosinus sikl hosil qiluvchi 1024 slotli optik kodlovchidan foydalanganda), 16-bitli AD7380 216 kod boʻylab har bir enkoder uyasidan namuna oladi va bu kodlovchining umumiy rezolyutsiyasini 2 bitga oshiradi. 4 MSPS o'tkazish tezligi sinus va kosinus siklining batafsil ma'lumotlarini hamda eng so'nggi kodlovchi holati ma'lumotlarini olishni ta'minlaydi. Ushbu yuqori o'tkazuvchanlik chipda haddan tashqari namuna olishni amalga oshirishga imkon beradi, raqamli ASIC yoki mikrokontroller dvigatelga aniq enkoder pozitsiyasini bildirganda kechikish vaqtini kamaytiradi. AD7380-ning chipdagi haddan tashqari namuna olishning yana bir afzalligi - bu chipdagi ruxsatni oshirish xususiyati bilan birlashtirilishi mumkin bo'lgan qo'shimcha 2 bit ruxsatni qo'shish imkoniyatidir. Ushbu ruxsatni yaxshilash aniqlikni yanada yaxshilaydi va 28 bitgacha erishadi. Ilova eslatmasi AN-2003 AD7380 ning haddan tashqari namuna olish va ruxsatni oshirish imkoniyatlari haqida batafsil ma'lumot beradi.
Shakl 4. Optimallashtirilgan qayta aloqa tizimini loyihalash
Xulosa
Dvigatelni boshqarish tizimlari yuqori aniqlik, tezroq tezlik va kattaroq miniatyura talab qiladi. Optik enkoderlar vosita holatini aniqlash moslamalari sifatida xizmat qiladi. Shuning uchun, optik kodlovchi signal zanjiri vosita holatini o'lchashda yuqori aniqlikni ta'minlashi kerak. Yuqori-tezlik, yuqori{4}}o‘tkazuvchanlik ADClar ma’lumotlarni aniq ushlaydi va motor holati haqidagi ma’lumotlarni kontrollerga uzatadi. AD7380 tezligi, zichligi va unumdorligi sanoat talablariga javob beradi, shu bilan birga pozitsiyani qayta tiklash tizimlarida yuqori aniqlikni ta'minlaydi va tizimni amalga oshirishni optimallashtiradi.
Muallif
Jonatan Kolao