Ao andar em um elevador, você definitivamente deseja chegar de um andar para outro suave e com segurança. Em uma unidade de elevador, o controle sofisticado de movimento permite que o elevador pare em uma posição especificada e desacelere suavemente até que chegue a uma parada completa. A falta de controle de movimento sofisticado pode fazer com que um elevador pare erroneamente entre os pisos, o que pode fazer com que o cavaleiro do elevador pareça tonta e desconfortável ou inseguro.
Robôs, máquinas de controle numérico de computador (CNC) e equipamentos de automação de fábrica exigem controle preciso de posição por meio de unidades de servo e, em muitos casos, controle de velocidade preciso para fabricar adequadamente produtos e manter o fluxo de trabalho.
Muitos aspectos das unidades industriais são importantes para alcançar o controle de movimento de precisão, que envolve três subsistemas básicos no design de controle em tempo real, a saber, a sensação, o processamento e a condução. Este artigo discutirá exemplos das tecnologias que suportam cada subsistema.
Detecção
O controle de movimento de precisão não pode ser realizado sem posição de precisão e detecção de velocidade. A detecção pode incluir a posição angular do eixo do motor e a detecção de velocidade ou a posição linear da correia transportadora e a detecção da velocidade. Os designers geralmente usam codificadores ópticos incrementais com centenas a mil slots por revolução para detectar a posição e a velocidade. Esses codificadores são tipicamente conectados a microcontroladores (MCUs) por meio de pulsos codificados em quadratura (QEP) e, portanto, requerem capacidade de interface QEP.
Os codificadores absolutos, por outro lado, são significativamente mais precisos, geralmente têm mais slots por revolução e são montados precisão para fornecer posição angular absoluta. A posição detectada é convertida em uma representação digital e codificada de acordo com um protocolo padrão. Exemplos de tais protocolos são o formato T de Tamagawa e a sincronização serial bidirecional de Ic-Haus GmbH (BISS) C. Anteriormente, você também precisaria de uma matriz de portão programável em campo (FPGA) para interface com esse codificador, mas mais e mais MCUS Agora tenha essa capacidade (como mostrado na Figura 1 abaixo). Como os protocolos de formato T e Biss C são geralmente diferentes daqueles suportados por portas de comunicação populares ou interfaces, como interface periférica em série (SPI), transmissor de receptor assíncrono universal (UART) ou rede de área do controlador (CAN), que são comuns no A maioria dos MCUs, eles geralmente exigem blocos lógicos personalizáveis ou unidades de processamento proprietárias.
Os codificadores absolutos também podem ser baseados em circuitos eletromagnéticos ou do tipo resolvedor, que requerem medição precisa de sinais elétricos sinusoidais. Os amplificadores operacionais de precisão e as referências de tensão também são importantes. O controle do motor e do movimento sempre requer corrente precisa do motor e detecção de tensão, especialmente quando o controle sem sensor é usado. As soluções comuns são a detecção de baixo lado da ponte em linha e inversor usando amplificadores e drivers isolados/não isolados com detecção de corrente de baixo lado integrada.
Processamento
Execução de perfis e algoritmos de controle de movimento em sistemas de controle de movimento de precisão requer MCUs com alta potência computacional, que normalmente são 32-} comprimentos de palavra bit com o suporte nativo 64- bits de ponto flutuante para fornecer a precisão e a precisão necessárias . Muitos MCUs têm pedais de gases de hardware, pois os algoritmos dependem fortemente de matemática trigonométrica, logarítmica e exponencial.
Dado o número de eixos de movimento sob controle ou o número de loops de controle, os designers geralmente utilizam uma arquitetura de processador multicental (CPU) ou pedais de gás paralelos do tipo CPU. Várias CPUs também podem ser consideradas para tarefas adicionais de supervisão e comunicação.
Como aplicação de controle em tempo real, a latência total de toda a cadeia de sinal (ou seja, o tempo da coleta de medições de corrente, tensão, posição e velocidade para a atualização das saídas de controle) tem um impacto direto no desempenho do controle e, portanto, na precisão. Alguns MCUs têm comparadores analógicos no chip que podem gerar ações de controle diretamente, reduzindo significativamente a latência e a carga da CPU. A resposta rápida de interrupção e a economia de campo e a recuperação também são importantes.
Alto poder de processamento não é suficiente. O MCUS de controle de movimento também deve ter periféricos de controle de uso geral, como 12- e 16- bit conversores analógicos para digitais, interfaces QEP, captura de borda e pulso de alta resolução e modulação de largura de pulso (PWM ) saídas. A capacidade de implementar lógica e tempo personalizados também é necessária.
Para ajudar os designers a subir e sintonizar seus projetos mais rapidamente, os fornecedores de MCU e motoristas oferecem algoritmos de controle de motor e movimento, incluindo algoritmos principais, como observadores sem sensores e bibliotecas de software, além de código de controle completo com configuração da GUI.
MCUS para unidades industriais
Motoristas
Os dispositivos e drivers de potência são obrigados a fornecer a ação de controle desejada, geralmente na forma de PWM, onde o ciclo de trabalho representa a ação. O controle preciso dos pulsos de PWM é importante, o que significa que o motorista deve fornecer a intensidade necessária da unidade com o menor desvio de tempo possível; O dispositivo de energia deve ligar e desligar exatamente o tempo pretendido. Esses drivers estão prontamente disponíveis hoje, com recursos adicionais, como sobrecorrente e proteção térmica. Novos dispositivos de potência de bandGAP largos garantem o tempo de ativação e desligamento rápido e preciso. As velocidades rápidas de comutação e as baixas perdas de comutação de dispositivos de bandGAP largos também permitem loops de controle rápido para melhorar a estabilidade e o desempenho.
Além da precisão, muitas aplicações requerem projetos de controle de motor que são compactos o suficiente para utilizar os drivers com os módulos integrados de detecção e fonte de alimentação.
Conclusão
O controle de movimento de precisão é crítico para unidades industriais. As soluções técnicas abordam todos os três subsistemas subjacentes a projetos de controle em tempo real, detecção, processamento e atuação e são projetados para permitir o controle de movimento de precisão.