相比如何選擇mos管和驅(qū)動器,控制器型號的選擇也很富有策略性,并且需要在對具體供應(yīng)商和款式的選擇之前作出決定。這是因為在選擇是使用一個僅作電機(jī)控制的通用可編程處理器,還是使用一個高計算能力的FPGA,抑或是使用一個專用的控制IC電路(后者通常出自特定的電機(jī)控制供應(yīng)商)時有許多需要權(quán)衡考慮的地方。設(shè)計師需要考慮的一些點包括:
?你需要何種復(fù)雜度的控制算法,有多少I/O口?比如說,F(xiàn)OC控制算法涉及多重并行計算的復(fù)雜轉(zhuǎn)換,因而需要高級功能模塊(圖6)。
圖6:高級電機(jī)控制途徑如場向控制需要多重數(shù)字轉(zhuǎn)換,并且需要同時擁有一個高速內(nèi)環(huán)及低速外環(huán)控制。(圖片來源:Altera)
?如果使用一個通用可編程IC或者FPGA,誰來提供控制算法及代碼:是IC供應(yīng)商,還是第三方合作伙伴,還是不相關(guān)的第三方開發(fā)者?他們?nèi)绾未_認(rèn)并驗證電機(jī)及其應(yīng)用的性能?
?如果使用一個專用預(yù)編程控制IC,那會不會提供所有我們需要的功能和特點?
?你需要或想要多少用戶編程能力?即使是專用的、不需要編程的控制器,也會要求用戶去選擇算法類型、閉環(huán)控制模式(位置,速度,或加速度),并且需要設(shè)置一些操作變量如時間常數(shù)和可允許誤差范圍等。
?有改變和修改基本算法的需要?或者電機(jī)和應(yīng)用有獨特的屬性要設(shè)置嗎?如果答案是肯定的,那選擇可編程IC會更好。相反,如果有需要不斷修改算法的擔(dān)心,這種情況下,相比完全可編程的IC,選擇帶有硬連線、固化算法的專用IC會比較好。
?控制器需要支持一種還是多種電機(jī)型號?即便是同一種,控制器是只支持該型號中某種尺寸的電機(jī),還是支持一系列范圍尺寸?
?供應(yīng)商提供何種程度的技術(shù)支持?他們有多少實際動手開發(fā)的電機(jī)經(jīng)驗?他們會不會提供曾經(jīng)搭建且驗證過的具體參考設(shè)計,包括控制IC和mos管驅(qū)動器間的接口電路?
?是否有一些監(jiān)管問題需要注意?如授權(quán)能效(許多電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)在必須“綠色”環(huán)保要求)。如果是,供應(yīng)商理解這些問題嗎,并且能以他們的元器件和算法滿足這些要求嗎?
芯片和電路板實例顯示控制器、接口性能
對于許多工程師來說,將所有的部分—包括帶有固化或獨立算法的控制器、驅(qū)動器、還有MOS管等融合到一起,這將是一個多學(xué)科任務(wù),一個他們不想“從零開始”的任務(wù)。出于這個緣由,許多電機(jī)控制IC供應(yīng)商提供包含了控制器、算法、驅(qū)動器和MOS管的評估板甚至是完整的可交付板。
舉個例子,Applied Motion Products公司1240i是款可編程的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器,適合在一系列的動作控制應(yīng)用領(lǐng)域使用(圖7)。它有一個集成了50瓦細(xì)分控制放大器的復(fù)雜控制器,可以和步進(jìn)電機(jī)直接相連,能提供高達(dá)1.2安的可編程電機(jī)電流,速度能達(dá)50轉(zhuǎn)/秒。
圖7:來自Applied Motion Products公司的1240i型可編程步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是個完整電機(jī)控制體,并且能被PC上的終端應(yīng)用設(shè)置引導(dǎo),或者經(jīng)過配置后,用作獨立的控制器(圖片來源:Applied Motion Products)
不同的改動可適用于處理不同版本的標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)和不同的接口。使用供應(yīng)商提供的動作控制開發(fā)包和一臺標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī),用戶可通過編程來把這塊板配置成一個獨立的動作控制器。該板也能被主機(jī)或可編程邏輯控制器(PLC)實時控制。
機(jī)器人有光明的前景。傳感、控制和電機(jī)這些關(guān)鍵領(lǐng)域的革命將持續(xù)影響機(jī)器人技術(shù)的變革。
使用流體動力?
使用壓縮流體是使用電機(jī)外機(jī)器人動力的另一選擇。壓縮流體有兩種形式:基油液壓和基于空氣的氣動?;谝簤旱膭恿υ诖髣恿?yīng)用中有很長的歷史,比如掘土設(shè)備,并且由于原理簡單,其很長一段時間被用在早期自動組裝線機(jī)器人上。然而,液壓促動器需精心集成液壓設(shè)計和元件的電子控制單元,同時還要加上一個電力供應(yīng)壓縮機(jī)/泵。更糟糕的是,由于不可避免的密封泄露問題、維修(同時需要電子和液壓技術(shù)人員)的復(fù)雜性、泄露帶來的環(huán)境后果等等因素,使得液壓傳動成為萬不得已的選擇,或者說有對環(huán)境噪聲(EMI或RFI)敏感的擔(dān)憂時,我們可以使用它。
另外一些低動力的應(yīng)用中,我們使用壓縮空氣的方法,特別是擔(dān)心受到EMI/RFI和ESD影響的時候。基于氣體的系統(tǒng)沒有潛在的液壓流體的問題,但是他們不能在既定體積下提供足夠的動力,因此壓縮空氣所需的供應(yīng)線相對比較笨重。和基油液壓傳動一樣,氣動系統(tǒng)也存在泄露問題,而且很難定位出泄露點,并且需要多學(xué)科的知識來設(shè)計、安裝和維修。盡管如此,它們?nèi)允窃谥恍枰獫M足基本、快速和來回動作等要求時的可行選擇。
由于強(qiáng)動力電子電機(jī)和它們控制器的不斷發(fā)展,許多先前使用液壓的應(yīng)用已經(jīng)被更新?lián)Q代了,除非有其它可信的技術(shù)原因來維持使用液壓。對于新的設(shè)計,特別是小到中型機(jī)器人設(shè)計情形時(甚至是一些大型機(jī)器人的設(shè)計),首選使用電子控制和電子電機(jī)。這并不意味著液壓系統(tǒng)已經(jīng)過時了,因為在高速度,高沖擊,高動力沖擊領(lǐng)域,對于液壓與氣壓仍有需求。金屬鍛造站沖壓(液壓)和航母啟動彈射器(蒸汽和空氣)就是很好的實例。
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