伺服電機驅動器簡介

2021-08-13 18:58:20 字數 2536 閱讀 2336

前言:

工程師使用伺服電機來實現像機械人,自動化和數控製造這些需要精密運動的應用。像rc伺服電機,mechaduino是一款**便宜,開源,工業伺服電機。

產品特點:

位置,轉矩,速度和自定義模組

設計要點:

座標,速度,轉矩環路;插入式相容與步進電機;i2c,序列輸入;定製/開源能夠訪問內部變數;透明和使用者自定義的控制演算法(商業電機往往缺乏這一點);bdc電機的成本是是1/10到1/100之間。雖然他們設計優化步進電機,實際上只是50極無刷直流電機。他們可以控制酷似乙個更傳統的三相bdc電機。

2)一種反饋的感測器,通常是編碼器。光學編碼器是相當標準,但如果你想高解析度或絕對位置資訊,那麼**也將變的相當昂貴。像ams廠商就提供了廉價的,高解析度磁性編碼器。事實證明,儘管它們要求12和14位的解析度(即分別是0.09和0.02度),它們從非線性遭受一定程度的左右的數量級的影響!然而,我們發現,這種非線性是非常重複的,我們能夠開發包含乙個快速的,恢復解析度優於0.1度校準程式。

3)驅動電路/電子電力來運作電機繞阻。許多任務業伺服系統採用分立h橋。每個階段都需要它自己的h橋,它由至少4個,而不是8(...包括續流二極體)分立開關裝置。這些驅動電路和大量運作使成本開始變得昂貴。人們希望找到乙個單晶元,整合解決方案,將允許電流反饋,我們發現只是在a4954雙全橋pwm驅動器。

4)控制電子裝置。通常乙個微控制器或fpga。在早期,我們覺得arduino的相容性非常適合,我們選擇使用samd21 arm m0 +(arduino的零相容)處理器,以平衡成本和效能。我們的實驗板原型系統驗證了該處理器比能夠執行必要的演算法更合適

下面是乙個整體框圖:

設計乙個八度控制器(離散迴路成形):

伺服電機應用例項:

精細,閉環定位的3d印表機

精密的光學儀器(雷射器,望遠鏡,相機萬向節)

力阻控制機械人

力阻遊戲控制器

可調節的機械阻抗:虛擬彈簧,質量,阻尼器

數控工具機中兩軸之間的電氣傳動裝置

遠端操作

重力抵消(計數器上的機械臂,例如重力扭矩)

負載檢測和表徵

tp飲水機

可變負載(制動)

可變荷載(發電機)

氣門控制(自動花園水管等)

其他優點:

比步進電機更高的解析度(0.02度)

真正的閉環的抗擾

低功耗:只使用能源來抗擊干擾。這反過來又意味著更高的峰值扭矩

絕對位置控制(而不是增量)

無需家裡通電

工業伺服電機工工工工由

四個主要組成部分:

1)實際電機

,通常為無刷直流品種。

當您看到工業伺服電機時,成本的一大部分是電機本身。

它們通常是定製的,或至少內建數量有限,這意味著$$$。

瓦特瓦特,我猜想,生產nema 17或nema 23步進電機的質量是工業伺服中使用的bdc電機的十分之一和百分之一

雖然他們的設計是針對「步進」進行優優的,但步進電機實際上只是50極無刷直流電機。

它們可以像更傳統的三相bdc電機一樣受到控制。

這就是計畫。

這是工作!

2)用於反饋的感測器

,通常為編碼器。

光學編碼器是非常標準的,但如果您想要高解析度和/或絕對位置資訊,則可以獲得相當昂貴的代價。

我們對ams等**商提供的一些便宜,高解析度的磁編碼器感興趣。

事實證明,儘管他們聲稱12和14位解析度(分別為0.09和0.02度),它們但在

一定程度

上的英文非線性的

!然而,我們發現這種非線性是非常可重複的

,我們能夠開發一種快速,自包含(電機)校準程式,可以將解析度恢復到0.1度以上

(稍後再來)這是乙個重要的設計工作,值得自己的構建日誌!)

3)驅動電路/電力電子元件激勵電機繞組

。許多任務業伺服系統使用離散ħ橋。

每相需要自己的ħ橋(對於兩相電動機...三相電動機中的每個半橋),其由至少4個(如果不是8個)(...包括續流二極體)分立開關裝置組成。

投入門驅動電路,事情開始變得昂貴。

我們希望找到乙個可以提供電流反饋的單晶元整合解決方案

,我們發現在a4954雙通道

pwm驅動器中。

4)控制電子

通常是微控制器或fpga。

在此之前,我們決定使用arduino相容性是為了使韌體盡可能方便。

我們選擇使用samd21 arm m0 +(arduino zero相容)處理器來平衡成本和效能。

我們的麵包板原型系統驗證了該處理器能夠執行必要的演算法

....

工業伺服電機mechaduino特點:

本設計伺服電機

,位置,扭矩,速度和自定義模式,且與

rc伺服系統

一樣,工業伺服系統主動糾正外部干擾。與rc伺服系統不同,工業伺服系統可以提供非常精確的運動,並且通常支援先進的運動控制模式。

運動的控制模式

工業伺服電機工mechaduino 0.2。

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