Dan l-artikolu jindirizza sfidi komuni li jħabbtu wiċċhom magħhom id-disinjaturi fil-qasam tal-awtomazzjoni industrijali meta jiżviluppaw interfaces għall-iskoperta tal-pożizzjoni għall-kontroll tal-mutur-speċifikament, l-iskoperta tal-pożizzjoni f'applikazzjonijiet li jeħtieġu veloċitajiet ogħla u daqsijiet iżgħar. L-użu ta 'informazzjoni maqbuda minn encoders biex ikejjel b'mod preċiż il-pożizzjoni tal-mutur huwa kritiku għat-tħaddim b'suċċess tal-awtomazzjoni u l-makkinarju. Konvertituri veloċi, ta'-riżoluzzjoni-għolja, doppju-kanali ta' kampjunar sinkroniku analog-għa-diġitali (ADCs) huma komponenti essenzjali ta' sistemi bħal dawn.
Introduzzjoni
Informazzjoni preċiża dwar ir-rotazzjoni tal-mutur bħall-pożizzjoni, il-veloċità u d-direzzjoni hija essenzjali għall-produzzjoni ta' drives u kontrolluri preċiżi għal applikazzjonijiet emerġenti, bħal magni tal-assemblaġġ li jimmontaw mikro-komponenti fuq żoni tal-PCB bi spazju limitat. Riċentement, il-kontroll tal-muturi beda jimminiaturizza, li jippermetti applikazzjonijiet ġodda tar-robotika kirurġika fl-industrija tal-kura tas-saħħa u applikazzjonijiet ġodda tad-drones fl-ajruspazju u d-difiża. Kontrolluri tal-muturi iżgħar qed imexxu wkoll applikazzjonijiet ġodda fl-assemblaġġ industrijali u kummerċjali. Għad-disinjaturi, l-isfida tinsab fl-ilħuq tar-rekwiżiti ta'-preċiżjoni għolja ta' sensuri ta' feedback tal-pożizzjoni f'applikazzjonijiet ta'-veloċità għolja filwaqt li jiġu integrati l-komponenti kollha fi spazju limitat tal-PCB għall-installazzjoni ġewwa pakketti żgħar, bħal armi robotiċi.
Figura 1. Sistema ta' Feedback tal-Kontroll tal-Mutur ta' Loop-Magħluq
Kontroll tal-Mutur
Il-linja ta 'kontroll tal-mutur (kif muri fil-Figura 1) tikkonsisti primarjament minn mutur, kontrollur, u interface ta' feedback tal-pożizzjoni. Il-mutur idawwar ix-xaft, u jsuq id-driegħ robotiku biex jimxi kif xieraq. Il-kontrollur tal-mutur jimmaniġġja meta l-mutur japplika forza, meta jieqaf, jew meta jkompli jdur. L-interface tal-pożizzjoni fil-linja tipprovdi lill-kontrollur b'informazzjoni dwar il-veloċità u l-pożizzjoni. Għal magni tal-assemblaġġ li jimmaniġġjaw PCBs tal-muntaġġ tal-wiċċ ta' daqs żgħir-, din id-dejta hija kritika għal tħaddim tajjeb. Dawn l-applikazzjonijiet kollha jeħtieġu kejl preċiż tal-pożizzjoni ta 'oġġetti li jduru.
Is-sensuri tal-pożizzjoni għandhom ikollhom riżoluzzjoni estremament għolja biex jiskopru b'mod preċiż il-pożizzjoni tax-xaft tal-mutur, jiġbru l-mikro-komponenti korrispondenti, u poġġihom fil-postijiet korretti fuq il-bord. Barra minn hekk, veloċitajiet ogħla tal-mutur jitolbu bandwidth tal-linja akbar u latenza aktar baxxa.
Sistemi ta' Feedback tal-Pożizzjoni
F'applikazzjonijiet ta' livell baxx-, l-iskoperta tal-pożizzjoni tista' tiġi implimentata bl-użu ta' sensuri u komparaturi inkrementali. Madankollu, applikazzjonijiet ta'-livell għoli jitolbu ktajjen tas-sinjali aktar kumplessi. Dawn is-sistemi ta' feedback jinkorporaw sensuri tal-pożizzjoni segwiti minn kondizzjonament tas-sinjal analogu ta' quddiem-tarf, ADC, u sewwieq ADC. Id-dejta tgħaddi minn dawn il-komponenti qabel ma tidħol fid-dominju diġitali. Is-sensor tal-pożizzjoni l-aktar preċiż huwa l-encoder ottiku. Encoder ottiku jikkonsisti minn sors tad-dawl LED, disk immarkat imwaħħal max-xaft tal-mutur, u fotodetector. Id-diska għandha żoni mgħottija opaki u trasparenti li jimblukkaw jew iħallu d-dawl jgħaddi. Il-fotodetector jiskopri dawn is-sinjali tad-dawl, u jikkonverti l-impulsi tad-dawl mixgħul/mitfi f'sinjali elettroniċi.
Hekk kif id-diska ddur, il-fotodetector (sinkronizzat mal-mudell tad-diska) jiġġenera sinjali żgħar tas-sinus u cosine (fil-livell mV jew µV). Din il-konfigurazzjoni hija tipika għal encoders ottiċi ta 'pożizzjoni assoluta. Dawn is-sinjali jidħlu f'ċirkwiti ta 'kondizzjonament tas-sinjali analogi (ġeneralment magħmulin minn amplifikaturi diskreti jew PGAs analogi biex jiksbu sinjali sa 1 V peak-sa-firxa massima), tipikament biex jaqblu mal-firxa tal-vultaġġ tad-dħul ADC mal-medda dinamika massima. Kull sinjal sine u cosine amplifikat imbagħad jinqabad mill-amplifikatur tas-sewqan ta 'ADC ta' kampjunar sinkroniku.
Kull kanal tal-ADC għandu jappoġġa kampjunar sinkroniku biex jakkwista punti tad-dejta sine u cosine simultanjament, peress li dawn il-punti magħquda jipprovdu l-informazzjoni dwar il-pożizzjoni tal-assi. Ir-riżultati tal-konverżjoni ADC jintbagħtu lil ASIC jew mikrokontrollur. Il-kontrollur tal-mutur jeżamina l-pożizzjoni tal-kodifikatur matul kull ċiklu PWM u juża din id-dejta biex isuq il-mutur skont il-kmandi riċevuti. Fil-passat, biex jintegraw fi spazju limitat tal-bord, id-disinjaturi tas-sistema kellhom jissagrifikaw jew il-veloċità ADC jew l-għadd tal-kanali.
Figura 2. Sistema ta' Feedback tal-Pożizzjoni
Ottimizza l-feedback tal-pożizzjoni
Hekk kif it-teknoloġija qed tkompli tavvanza, l-applikazzjonijiet tal-kontroll tal-mutur li jeħtieġu skoperta ta' pożizzjoni ta'-preċiżjoni għolja qed jinnovaw kontinwament. Ir-riżoluzzjoni ta 'kodifikaturi ottiċi tista' tiġi ddeterminata min-numru ta 'slots fotolitografiċi fin fuq id-diska, tipikament li jvarjaw minn mijiet għal eluf. Billi jitimgħu dawn is-sinjali sine u cosine f'ADCs ta'-veloċità għolja,-prestazzjoni għolja, encoders b'riżoluzzjoni ogħla jistgħu jinħolqu mingħajr ma jkunu jeħtieġu bidliet fis-sistema fid-diska tal-kodifikaturi. Pereżempju, it-teħid ta' kampjuni tas-sinjali sine u cosine tal-kodifikatur b'rata aktar baxxa jaqbad biss numru limitat ta' valuri tas-sinjali, kif muri fil-Figura 3; dan jillimita l-eżattezza tal-kapaċità tal-pożizzjoni. Fil-Figura 3, it-teħid ta 'kampjuni b'rata ogħla bl-ADC jippermetti l-akkwist ta' valuri tas-sinjali aktar dettaljati, li jippermettu determinazzjoni tal-pożizzjoni aktar preċiża. Ir-rata ta' kampjunar ta'-veloċità għolja tal-ADC tappoġġja t-teħid ta' kampjuni żejjed, ittejjeb aktar il-prestazzjoni tal-istorbju u telimina xi rekwiżiti ta' post-ipproċessar diġitali. Fl-istess ħin, ir-rata tad-data tal-ħruġ tal-ADC tista 'titnaqqas, li jfisser li tappoġġja sinjali ta' frekwenza tas-serje aktar bil-mod, u b'hekk tissimplifika l-interface diġitali. Is-sistemi ta 'feedback tal-pożizzjoni tal-mutur huma mmuntati fuq l-assemblaġġ tal-mutur, li f'xi applikazzjonijiet jistgħu jkunu estremament kompatti. Għalhekk, id-daqs huwa kritiku għat-twaħħil tal-modulu encoder fiż-żona limitata tal-PCB disponibbli. L-integrazzjoni ta 'komponenti ta' kanali multipli f'pakkett minjatura wieħed toffri iffrankar sinifikanti ta 'spazju.
Figura 3. Rata ta' Kampjunar
Eżempju tad-Disinn ta' Feedback tal-Pożizzjoni tal-Encoder Ottiku
Il-Figura 4 turi eżempju ta 'soluzzjoni ottimizzata adattata għal sistemi ta' feedback tal-pożizzjoni tal-encoder ottiku. Dan iċ-ċirkwit jgħaqqad faċilment ma' encoders ottiċi tat-tip-assoluti, imbagħad jaqbad faċilment is-sinjali differenzjali tas-sinus u cosine mill-encoder. L-amplifikatur ADA4940-2 front-huwa doppju-kanal, baxx-storbju, amplifikatur kompletament differenzjali użat biex isuq l-AD7380. Dan tal-aħħar huwa doppju-kanal, 16-bit, kompletament differenzjali, 4 MSPS kampjunar sinkroniku SAR ADC miżmuma f'pakkett LFCSP kompatt 3 mm × 3 mm. Is-sors ta' vultaġġ ta' referenza ta' 2.5 V fuq-ċippa jippermetti li dan iċ-ċirkwit jiġi implimentat b'numru minimu ta' komponenti. Il-VCC u l-VDRIVE tal-ADC, flimkien mal-binarji tal-provvista tas-sewwieq tal-amplifikatur, jistgħu jitħaddmu minn regolaturi LDO bħall-LT3023 u LT3032. Meta dawn id-disinji ta’ referenza jkunu interkonnessi (eż., bl-użu ta’ encoder ottiku ta’ 1024-slot li jiġġenera 1024 ċiklu sine u cosine għal kull rivoluzzjoni tad-diska tal-kodifikatur), l-AD7380 ta’ 16-il bit jieħu kampjuni ta’ kull slot tal-kodifikatur fuq 216 kodiċi, u jżid ir-riżoluzzjoni ġenerali tal-kodifikatur għal 26 bit. Ir-rata ta' throughput ta '4 MSPS tiżgura l-qbid ta' informazzjoni dettaljata taċ-ċiklu tas-sine u cosine flimkien mal-aħħar data tal-pożizzjoni tal-kodifikatur. Dan it-throughput għoli jippermetti l-implimentazzjoni ta 'kampjunar żejjed fuq iċ-ċippa, li jnaqqas id-dewmien tal-ħin meta l-ASIC diġitali jew il-mikrokontrollur jagħti feedback preċiż tal-pożizzjoni tal-encoder lill-mutur. Benefiċċju ieħor tal-kampjunar żejjed fuq iċ-ċippa tal-AD7380 huwa l-potenzjal li jiżdiedu 2 bits addizzjonali ta 'riżoluzzjoni, li jistgħu jiġu kkombinati mal-karatteristika ta' titjib tar-riżoluzzjoni fuq iċ-ċippa. Dan it-titjib tar-riżoluzzjoni jkompli jtejjeb l-eżattezza, u jilħaq sa 28 bit. Nota tal-Applikazzjoni AN-2003 tipprovdi informazzjoni dettaljata dwar il-kapaċitajiet ta' kampjunar żejjed u titjib tar-riżoluzzjoni tal-AD7380.
Figura 4. Disinn Ottimizzat tas-Sistema ta' Feedback
Konklużjoni
Is-sistemi ta 'kontroll tal-mutur jitolbu preċiżjoni ogħla, veloċitajiet aktar mgħaġġla, u minjaturizzazzjoni akbar. Encoders ottiċi jservu bħala tagħmir ta 'skoperta tal-pożizzjoni tal-mutur. Għalhekk, il-katina tas-sinjal tal-encoder ottiku għandha tagħti preċiżjoni għolja meta tkejjel il-pożizzjoni tal-mutur. ADCs ta'-veloċità għolja, ta'-rendiment għoli jaqbdu l-informazzjoni b'mod preċiż u jittrasmettu data tal-pożizzjoni tal-mutur lill-kontrollur. Il-veloċità, id-densità u l-prestazzjoni tal-AD7380 jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-industrija filwaqt li jippermettu preċiżjoni ogħla fis-sistemi ta 'feedback tal-pożizzjoni u jottimizzaw l-implimentazzjoni tas-sistema.
Awtur
Jonathan Colao