Lorsque vous roulez dans un ascenseur, vous voulez vraiment passer d'un étage à un autre en douceur et en toute sécurité. Dans un lecteur d'ascenseur, le contrôle de mouvement sophistiqué permet à l'ascenseur de s'arrêter à une position spécifiée et de décélérer en douceur jusqu'à ce qu'il s'arrête. Le manque de contrôle de mouvement sophistiqué peut faire arrêter à tort un ascenseur entre les étages, ce qui peut rendre le cavalier d'ascenseur étourdi et inconfortable ou dangereux.
Les robots, les machines de contrôle numérique informatique (CNC) et les équipements d'automatisation d'usine nécessitent tous un contrôle de position précis via des disques et dans de nombreux cas, un contrôle de vitesse précis pour fabriquer correctement les produits et maintenir le flux de travail.
De nombreux aspects des disques industriels sont importants pour atteindre le contrôle du mouvement de précision, qui implique trois sous-systèmes de base dans la conception du contrôle en temps réel, à savoir la détection, le traitement et la conduite. Cet article discutera des exemples des technologies qui soutiennent chaque sous-système.
Détection
Le contrôle du mouvement de précision ne peut être réalisé sans position de précision et détection de vitesse. La détection peut inclure la position angulaire de l'arbre du moteur et la détection de vitesse ou la position linéaire de la courroie de convoyeur et la détection de vitesse. Les concepteurs utilisent souvent des encodeurs optiques incrémentiels avec des centaines à mille emplacements par révolution pour détecter la position et la vitesse. Ces encodeurs sont généralement connectés aux microcontrôleurs (MCU) via des impulsions codées en quadrature (QEP) et nécessitent donc une capacité d'interface QEP.
Les encodeurs absolus, en revanche, sont beaucoup plus précis, ont généralement plus de créneaux par révolution et sont montés de précision pour fournir une position angulaire absolue. La position détectée est convertie en représentation numérique et codée selon un protocole standard. Des exemples de tels protocoles sont le format t et Ic-Haus de Tamagawa et la synchronisation en série bidirectionnelle d'IC-Haus GMBH (BISS) C. Auparavant, vous auriez également besoin d'un tableau de porte programmable sur le terrain (FPGA) pour interfacer avec un tel encodeur, mais de plus en plus de MCU ont maintenant cette capacité (comme le montre la figure 1 ci-dessous). Parce que les protocoles T-Format et BISS C sont souvent différents de ceux pris en charge par des ports de communication populaires ou des interfaces telles que l'interface périphérique série (SPI), le récepteur asynchrone universel (UART) ou le réseau de zone de contrôleur (CAN), qui sont courants sur La plupart des MCU, ils nécessitent souvent des blocs logiques personnalisables ou des unités de traitement propriétaires.
Les encodeurs absolus peuvent également être basés sur des circuits électromagnétiques ou de type résolveur, qui nécessitent une mesure précise des signaux électriques sinusoïdaux. Les amplificateurs opérationnels de précision et les références de tension sont donc également importants. Le contrôle du moteur et du mouvement nécessite toujours une détection précise du courant moteur et de la tension, en particulier lorsque le contrôle sans capteur est utilisé. Des solutions communes sont en ligne et une détection du bras de pont onduleur à l'aide d'amplificateurs et de conducteurs isolés / non isolés avec une détection de courant à faible émission intégrée.
Traitement
L'exécution des profils de contrôle de mouvement et des algorithmes dans les systèmes de contrôle de mouvement de précision nécessite des MCU avec une puissance de calcul élevée, qui sont généralement des longueurs de mot bit 32- avec la prise en charge du point flottante natif 64- afin de fournir la précision et la précision nécessaires . De nombreux MCU ont des pédales de gaz matériel car les algorithmes s'appuient fortement sur les mathématiques trigonométriques, logarithmiques et exponentielles.
Étant donné le nombre d'axes de mouvement sous contrôle ou le nombre de boucles de contrôle, les concepteurs utilisent souvent une architecture de processeur multi-central (CPU) ou des pédales de gaz parallèles de type CPU. Plusieurs CPU peuvent également être pris en compte pour des tâches de supervision et de communication supplémentaires.
En tant qu'application de contrôle en temps réel, la latence totale de toute la chaîne de signaux (c'est-à-dire le temps de la collecte des mesures de courant, de tension, de position et de vitesse à la mise à jour des sorties de contrôle) a un impact direct sur les performances de contrôle , et donc sur la précision. Certains MCU ont des comparateurs analogiques sur puce qui peuvent générer directement des actions de contrôle, réduisant considérablement la latence et la charge du processeur. La réponse à l'interruption rapide et la sauvegarde du champ et la récupération sont également importantes.
Une puissance de traitement élevée ne suffit pas. Les MCU de contrôle de mouvement doivent également avoir des périphériques de contrôle à usage général tels que 12- et {{2} che ) sorties. La possibilité d'implémenter une logique et un calendrier personnalisés est également requis.
Pour aider les concepteurs à se présenter et à régler leurs conceptions plus rapidement, les fournisseurs de pilotes MCU et de moteur proposent des algorithmes de contrôle moteur et de mouvement, y compris des algorithmes de base tels que des observateurs sans sens
MCU pour les entraînements industriels
Conducteurs
Les dispositifs d'alimentation et les conducteurs sont nécessaires pour fournir l'action de contrôle souhaitée, généralement sous la forme de PWM, où le cycle de service représente l'action. Un contrôle précis des impulsions PWM est important, ce qui signifie que le conducteur doit fournir l'intensité du lecteur nécessaire avec le plus petit écart de synchronisation possible; Le dispositif d'alimentation doit s'allumer et désactiver exactement le temps prévu. Ces conducteurs sont facilement disponibles aujourd'hui, avec des fonctionnalités supplémentaires telles que la surintensité et la protection thermique. De nouveaux dispositifs d'alimentation de bande interdite largement assurent un timing de rotation et de désactivation rapide et précis. Les vitesses de commutation rapides et les pertes de commutation faibles de dispositifs de bande interdite larges permettent également des boucles de contrôle rapide pour une stabilité et des performances améliorées.
En plus de la précision, de nombreuses applications nécessitent des conceptions de contrôle moteur qui sont suffisamment compactes pour utiliser les conducteurs avec des modules de détection de courant et d'alimentation intégrés.
Conclusion
Le contrôle du mouvement de précision est essentiel pour les entraînements industriels. Les solutions techniques abordent les trois sous-systèmes sous-jacentes à des conceptions de contrôle en temps réel, la détection, le traitement et l'actionnement, et sont conçues pour permettre le contrôle du mouvement de précision.