在現(xiàn)代機(jī)器人設(shè)計(jì)中,,頭部,、頸部、四肢的任何活動(dòng)都需要各種各樣電機(jī)的支持,,如傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī),、步進(jìn)電機(jī)、直線電機(jī)和其它特殊電機(jī),,但這些電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制要求各有不同,,如何實(shí)現(xiàn)各種電機(jī)的精確控制解決方案?如何以最低的功耗實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的控制,?常常對(duì)設(shè)計(jì)師來說是一大挑戰(zhàn),。本文將詳細(xì)地討論高壓電機(jī)控制系統(tǒng)的各核心子系統(tǒng)在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)注意哪些問題。
高壓交流(HVAC)電機(jī),、工業(yè)逆變器或高壓永磁無刷電機(jī)是高電壓系統(tǒng)的幾個(gè)例子,,它們典型地按他們的馬力進(jìn)行分類。雖然仍是最常見的,,但其他類型電機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn),,如直線電機(jī)和內(nèi)嵌各種激勵(lì)器實(shí)現(xiàn)的齒輪頭電機(jī)。數(shù)字電機(jī)控制解決方案允許精確地控制這些機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置,、速度和轉(zhuǎn)矩,。在這類大型機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的MOSFET通常容量超過600V。
例如,TI有柵極驅(qū)動(dòng)解決方案TPS2829,,一個(gè)同相高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器,。當(dāng)結(jié)合反饋環(huán)路中的TLV3501比較器時(shí),這些系統(tǒng)中的柵極就可以進(jìn)行數(shù)字控制,。另外,,TI的MOSFET驅(qū)動(dòng)器(如UCC37321或UCC37323)可以直接驅(qū)動(dòng)小馬達(dá)或驅(qū)動(dòng)功率器件,如MOSFET或IGBT,。
高壓電機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)考慮因素
高壓電機(jī)控制系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)包括:控制器,、隔離、控制器接口和運(yùn)動(dòng)反饋,。
控制器:TI還提供一系列的控制處理器解決方案,,從超低功耗MSP430微控制器到TMS470基于ARM7的處理器和C2000數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)。恰當(dāng)?shù)目刂破骺梢詢?yōu)化電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率,,提高可靠性和降低整體系統(tǒng)成本,。C2000控制器的32位DSP水平的性能和針對(duì)電機(jī)控制優(yōu)化的片上外設(shè)使用戶可以輕松地實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的算法,如三相馬達(dá)的無傳感器矢量控制,。C2000系列控制器(從低成本F28016到業(yè)界首個(gè)浮點(diǎn)DSC TMS320F28335)都保持軟件兼容,。
隔離:TI的數(shù)字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器,它們采用二氧化硅進(jìn)行隔離,,提供4kV的隔離能力,。與隔離電源結(jié)合使用時(shí),這些器件可以阻隔高電壓,,隔離地,,并防止噪聲電流進(jìn)入本地地,以及干擾或損壞敏感電路,。
控制器接口:RS-232或RS-422對(duì)許多系統(tǒng)而言足夠用了,。RS-485信令可能會(huì)捆綁一些協(xié)議,如Profibus,、Interbus,、Modbus或BACnet,每個(gè)針對(duì)最終用戶的特定需求,。有時(shí),,控制器局域網(wǎng)(CAN)或EtherNet/IP(工業(yè)協(xié)議)優(yōu)先用于滿足聯(lián)網(wǎng)要求。M-LVDS是可以提供更低功耗的一種替代選擇,。
使用外部電路的運(yùn)動(dòng)反饋:隔離的Delta-Sigma調(diào)制器(AMC1203/AMC1210)非常適合用于分流測(cè)量,,以拉平毛刺和增加電流反饋分辨率。此外,,INA19x(x=3到8)和INA20x(x=1至9)為低端和高端電流分流監(jiān)測(cè)提供很寬的共模電壓,。
霍爾效應(yīng)或磁傳感器通常在測(cè)量超過10A的電流時(shí)更有效率,而且他們可固有地提供隔離能力。ADS1204,、ADS1205和ADS1208是3個(gè)推薦器件。為了將±10V(20Vpp)信號(hào)連接到采用3.3V或5V電源的ADC上,,可使用一個(gè)INA159電平差異放大器,。像ADS7861/ADS7864或ADS8361/ADS8364的ADC可提供4通道或6聲道的同時(shí)電流取樣。