04 Power Drive: Il-Pont MOS bi 3 Fażijiet Jiddetermina l-Kapaċità tat-Torque tal-Ħruġ tal-Ġonta

Figura 5: Il-wajers tal-mutur bi tliet fażijiet huma konnessi ċentralment mat-taqsima tal-enerġija MOS, b'resistors tal-kampjunar, sewwieqa u komponenti tal-filtru rranġati madwarha.

 

Dan is-sewwieq konġunt huwa ddisinjat għal muturi mingħajr brushes bi tliet fażijiet. Il-kontroll ta' prestazzjoni għolja ta' muturi BLDC bi tliet fażijiet tipikament jeħtieġ tliet nofsijiet ta' pontijiet, li jiffurmaw inverter bi tliet fażijiet b'minimu ta' sitt MOSFETs tal-qawwa. Apparati MOS multipli b'pakkett kbirjista'jista' jinstab fuq il-PCBA li jdawwar il-punti tal-istann tal-ħruġ bi tliet fażijiet, konsistenti ma' din l-arkitettura.

 

Il-loġika operattiva tal-pont bi tliet fażijiet tista' tiġi ssimplifikata kif ġej:

Il-vultaġġ tal-batterija jew tal-bus jiddaħħal permezz ta' P+ u P-; Il-bdil b'veloċità għolja tal-half-bridges MOS jikkonverti l-vultaġġ DC f'kurrent bi tliet fażijiet;

Il-kurrent bi tliet fażijiet jiċċirkola fil-koljaturi tal-mutur biex jiġġenera kamp manjetiku li jdur; Il-kontrollur jaġġusta kontinwament iċ-ċikli ta' xogħol tal-PWM ibbażati fuq il-pożizzjoni tal-encoder u r-rispons tal-kurrent;

Fl-aħħar mill-aħħar, il-ġonta tippermetti li toħroġ it-torque, il-veloċità jew il-pożizzjoni fil-mira.

Disinn ħażin ta' din it-taqsima jwassal għal diversi kwistjonijiet tipiċi: tisħin eċċessiv tal-MOS, jitter b'veloċità baxxa, ripple qawwi tat-torque, attivazzjoni falza ta' protezzjoni ta' kurrent żejjed, u interferenza tal-EMI li taffettwa l-encoders jew iċ-ċirkwiti tal-komunikazzjoni. Għal din ir-raġuni, id-disinn tal-power board għall-ġonot tar-robots huwa ferm aktar ta' sfida minn dak tal-bordijiet ordinarji tas-sewwieqa tal-muturi żgħar.

 

Figura 6: Ir-regolatur tal-vultaġġ TLV767 jista' jidher fuq il-bord, flimkien ma' indutturi, capacitors u diversi komponenti tal-enerġija ta' vultaġġ baxx.

Is-siġra tal-provvista tal-enerġija ta’ min janalizzaha wkoll. Regolaturi LDO bħat-TLV767 u indutturi tal-enerġija mmarkati "100" huma viżibbli fuq il-PCB. Meta wieħed iqis ix-xenarju tal-applikazzjoni ta’ ġonot b’rata ta’ 48V, jista’ jiġi inferit li s-sistema ta’ vultaġġ baxx x’aktarx ma titnaqqasx direttament minn vultaġġ għoli biss permezz ta’ LDOs. Minflok, tiġi adottata arkitettura tal-provvista tal-enerġija simili għal din li ġejja:

Xarabank ta' vultaġġ għoli → Konverżjoni step-down tal-iswiċċjar → Binarji ta' vultaġġ baxx (5V / 3.3V, eċċ.) → Regolazzjoni LDO sekondarja / filtrazzjoni tal-istorbju lokali

Din l-arkitettura tal-enerġija hija aktar razzjonali. L-MCU, l-encoder, l-amplifikaturi tal-kampjunar u t-transceivers tal-komunikazzjoni jeħtieġu enerġija ta' vultaġġ baxx nadifa u stabbli, filwaqt li s-swiċċijiet MOS u l-linji tal-fażi tal-mutur jiġġeneraw storbju intens. Jekk il-provvista tal-enerġija ta' vultaġġ baxx ma jkollhiex prestazzjoni suffiċjenti kontra l-interferenza, l-ewwel ħsarat li jidhru ġeneralment ma jkunux malfunzjonijiet tal-mutur, iżda qabżiet f'daqqa fl-angolu, qtugħ fil-komunikazzjoni jew qari tal-kampjunar tal-kurrent li jċaqlaq.

05 Sensazzjoni tal-Kurrent u t-Temperatura: Il-Ġonot tar-Robot Iridu Jimmonitorjaw it-Torque tal-Ħruġ f'Ħin Reali

 

Figura 7: Diversi reżisturi ta' sensing ta' valur baxx R001 jinsabu taħt is-sezzjoni tal-enerġija trifażika.

Il-komponenti R001 huma kritiċi fuq din il-bord, u jirrappreżentaw reżisturi ta' sensing ta' valur baxx fil-livell ta' milliohm (tipikament 1 mΩ) użati biex ikejlu l-kurrent tal-fażi tal-mutur jew il-kurrent tal-bus. Is-sensing tal-kurrent jifforma l-qalba tal-kontroll b'ċirkwit magħluq għall-ġonot tar-robots, peress li t-torque tal-ħruġ ta' mutur BLDC huwa korrelat b'mod qawwi mal-kurrent tal-fażi tiegħu.

Fi kliem ieħor, il-kontrollur ma "jaqtax" it-torque tal-ħruġ tal-ġonta; minflok, jikkalkula l-kurrent billi jkejjel it-tnaqqis żgħir fil-vultaġġ bejn ir-resistors tas-sens:

Tnaqqis fil-vultaġġ fir-reżistur tas-sens → Amplifikazzjoni u filtrazzjoni → Kampjunar tal-ADC → Kalkolu tal-kurrent → Kontroll tat-torque tal-FOC

Il-preċiżjoni ta' din il-katina tas-sinjali taffettwa direttament:

Preċiżjoni tal-Kontroll tat-Torque: Jekk l-istima tal-kurrent mhix preċiża, l-output tat-torque mhux se jkun preċiż.

Smoothness b'Veloċità Baxxa: Storbju għoli ta' kampjunar għandu t-tendenza li jikkawża jitter b'veloċitajiet baxxi.

Protezzjoni minn Kurrent Żejjed: Rispons bil-mod jista' jaħraq il-MOSFETs, filwaqt li settings sensittivi żżejjed jirriżultaw fi triggers ta' protezzjoni foloz.

Strateġija ta' Ġestjoni Termali: Kurrent għoli sostnut iwassal għal żieda simultanja fit-temperatura fil-koljaturi tal-mutur, MOSFETs u reżisturi li jiskopru l-kurrent.

Mill-perspettiva tat-tqassim, it-tqegħid ta' reżisturi li jħossu l-kurrent qrib il-MOSFETs u l-wajers tal-fażi jqassar il-linja ta' kurrent għoli, li tgħin biex tnaqqas l-induttanza parassitika u l-iżbalji fil-kampjunar. Numru kbir ta' reżisturi u capacitors żgħar huma rranġati ħdejn kull fażi, ġeneralment użati għad-damping tal-gate, il-filtrazzjoni tal-kampjunar, l-istabbilizzazzjoni tas-sewwieq u d-diżakkoppjament lokali.

L-iskoperta tat-temperatura hija daqstant indispensabbli. It-tikketta MOTOR NTC tindika termistor installat ġewwa l-mutur jew ħdejn il-koljaturi. Għal ġonot ta' robots umanojdi, tħaddim b'veloċità baxxa u torque għoli, żamma statika fit-tul, u impatt temporanju waqt li wieħed iqum bilwieqfa jew joqgħod bilqiegħda kollha jiġġeneraw żidiet sostanzjali fit-temperatura. L-NTC jippermetti lill-kontrollur iwettaq tliet funzjonijiet ewlenin ibbażati fuq it-temperatura:

Limitazzjoni tal-kurrent: Naqqas il-kurrent massimu tal-ħruġ hekk kif it-temperatura tiżdied; Tnaqqis tar-rating: Limita t-torque massimu taħt tagħbijiet tqal sostnuti;

Għeluq protettiv: Daħħal il-modalità ta' ħsara ladarba t-temperatura taqbeż il-limitu tas-sigurtà.

Din hija wkoll kapaċità fundamentali li għandu jkollhom il-ġonot tar-robots professjonali. Mingħajr kontroll tat-temperatura b'ċirkwit magħluq, il-ġonta ma tistax topera b'mod affidabbli għal perjodi twal minkejja l-ogħla rata ta' torque massimu tagħha.

06 Sejbien tal-Pożizzjoni: Encoders u Gerijiet Manjetiċi Doppji Jikkonvertu Angoli ta' Dawra Waħda għal Qari ta' Pożizzjoni ta' Dawra Multipla

Wara li tneħħi l-PCBA, sett ta' strutturi żgħar tal-gerijiet jistgħu jidhru fuq in-naħa ta' wara. Dawn mhumiex l-irkaptu tat-tnaqqis prinċipali, iżda mekkaniżmi awżiljarji ddisinjati għad-detezzjoni tal-angolu.

 

Figura 8: Iż-żona tal-gerijiet u l-encoder manjetiku fuq in-naħa ta' wara tal-bord tal-kontroll

 

Figura 9: Ir-rotazzjoni tax-xaft ċentrali ssuq iż-żewġ gerijiet tal-pinion biswit xulxin biex iduru b'mod sinkroniku.

Strutturalment, ir-rotazzjoni tax-xaft ċentrali ssuq iż-żewġ gerijiet żgħar. Komponent manjetiku huwa mwaħħal fiċ-ċentru ta' kull ger żgħir, b'ICs tal-kodifikatur manjetiku mmuntati fuq il-pożizzjonijiet li jaqblu fuq in-naħa ta' wara tal-PCBA. L-kodifikaturi manjetiċi jkejlu varjazzjonijiet angolari tal-kampi manjetiċi, u b'hekk jeliminaw il-ħtieġa għal diski ottiċi tal-gradilja. Huma tolleranti għal kontaminazzjoni żgħira taż-żejt u trab, u b'hekk jagħmluhom aktar adattati għal ġonot tar-robots magħluqa għalkollox.

 

Figura 10: L-istruttura b'żewġ gerijiet u żewġ enkoder ittejjeb ir-riżoluzzjoni angolari u tippermetti skoperta ta' pożizzjoni b'ħafna dawriet.

Dak li jispikka l-aktar hawnhekk hija l-konfigurazzjoni "dual-ger + dual magnetic encoder". Il-valur tagħha jmur ferm lil hinn milli sempliċement iżżid it-tieni sensur għal preċiżjoni ogħla; x'aktarx li hija mfassla biex tirrealizza skema ta' kodifikazzjoni ta' pożizzjoni assoluta b'ħafna dawriet:

Enkoder manjetiku wieħed ikejjel b'mod preċiż angoli fi ħdan 0–360°;

madankollu ġonta tista' ddur diversi rivoluzzjonijiet, u enkoder ta' dawra waħda ma jistax jiddetermina n-numru ta' rotazzjonijiet waħdu;

Jekk iż-żewġ gerijiet ikollhom għadd ta' snien jew proporzjonijiet tal-gerijiet differenti, jiffurmaw korrelazzjoni simili għal vernier;

Billi jikkombina ż-żewġ qari angolari, il-kontrollur jikkalkula l-pożizzjoni assoluta fuq medda ferm usa'.

Din l-istruttura tagħti valur kbir lir-robots umanojdi. Wara li jintfew, ir-riġlejn, id-dirgħajn jew il-ġogi tal-qadd jistgħu jiġu spostati minn forzi esterni. Malli jerġgħu jinxtegħlu l-enerġija, il-ġogi li jeħtieġu movimenti estensivi ta' homing ibatu minn effiċjenza baxxa u joħolqu perikli għas-sigurtà. Is-sensing tal-pożizzjoni assoluta b'ħafna dawriet jippermetti lill-ġogi jirkupraw istantanjament id-dejta tal-qagħda hekk kif terġa' tiġi rrestawrata l-enerġija.