Die beste Lösung für Präzisionssteuerung von Servomotoren

Servomotoren ermöglichen präzise Bewegungssteuerung

Ein Servomotor ist ein allgemeiner Begriff für Motoren, die Servomechanismen verwenden. Das sogenannte Servosystem ist ein Steuergerät, das entsprechend den Befehlsanweisungen arbeitet. Es wird für die Servosteuerung von Motoren eingesetzt. Sensoren sind auf Motoren und gesteuerten Maschinen installiert, und die Detektionsergebnisse werden an Servoverstärker zurückgesendet, um sie mit den Anweisungswerten zu vergleichen. Es unterscheidet sich von Schrittmotoren, die durch ein Eingangspuls-Signal gesteuert werden, da ein Servomotor durch ein Rückmeldesignal gesteuert wird.

Die Aktionsmerkmale von Servomotoren sind Lagepositionierungssteuerung und Aktiongeschwindigkeitssteuerung. Ihre Hauptmerkmale sind die präzise Steuerung der Geschwindigkeit, der breite Geschwindigkeitsregelbereich (zusätzlich zur Stabilität und zum gleichmäßigen Lauf bei konstanter Geschwindigkeit), die Möglichkeit, die Geschwindigkeit jederzeit gemäß den Anforderungen zu ändern, die stabile Rotation bei extrem niedriger Geschwindigkeit, die Fähigkeit zu Vorwärts- und Rückwärtsrotation sowie zu schnellem Beschleunigen und Abbremsen. Servomotoren benötigen nur eine sehr kurze Zeit, um von statischem zu dynamischem Betrieb oder von dynamischem zu statischem Betrieb zu wechseln und können ihre Position auch bei äußerer Kraft beibehalten. Sie erzeugen sofort ein großes Drehmoment innerhalb des Nennleistungsbereichs, mit hoher Ausgangsleistung und Effizienz.

Servotreiberlösungen mit Unterstützung für industrielles Ethernet

Um einen Servomotor genauer und schneller zu steuern, hat Arrow Electronics das ARROW-ADI ADP SERVO-Motorsteuerungssystem entwickelt ── den auf ADI-Produkten basierenden ADSP-CM4xx Mixed-Signal-Steuerprozessor, der einen ARM Cortex M4 Prozessorkern verwendet, einen hochpräzisen ADC, digitalen Beschleuniger und Filter, SRAM und Flash-Speicher sowie zahlreiche Peripheriegeräte integriert. Der ADSP-CM4xx-Prozessor ist für eine Vielzahl eingebetteter Anwendungen geeignet, die Hochleistungs-Echtzeitsteuerung und analoge Umwandlung erfordern.

Der ARROW-ADI ADP SERVO verwendet einen 240 MHz ARM Cortex M4 Kern mit integriertem Gleitkomma-Rechenwerk, der fortschrittliche Programmiermodelle und komplexe Algorithmen unterstützt. Er verfügt über 384KB eingebauten SRAM und 2MB Flash-Speicher, wodurch er problemlos mit großen Programmen umgehen kann. Er hat einen zweikanaligen 16-Bit SAR ADC. Es gibt keine fehlenden Codes, 13+ ENOB, und die Umwandlungsrate erreicht 380ns, was ihn für hochpräzise Closed-Loop-Steuerungsanwendungen geeignet macht. Mit einer harmonischen Analyse-Engine (HAE) ist er netzkompatibel und unterstützt fortgeschrittene PWM- und Timer-Funktionen, die Drehmomentschwankungen und Motorleistung effektiv verbessern können. Er verfügt über einen eingebauten SINC-Filter, kann nahtlos mit einem AD74xx-Isolierkonverter verbunden werden und unterstützt 2 CAN-Schnittstellen, 3 UART-Schnittstellen, 2 SPI-Schnittstellen, 8 32-Bit-Timer, 2 Zwei-Draht-Schnittstellen und 4 orthogonale Encoder-Schnittstellen. Der ARROW-ADI ADP SERVO ist in einem 24x24 176-Pin-LQFP mit 91 GPIO-Pins und 16 ADC-Eingangspins verpackt und ist für Motorsteuerungsanwendungen optimiert.

Eine Vielzahl von Kern-Chips für leistungsstarke Anwendungen

Das ARROW-ADI ADP SERVO umfasst eine Leistungsplatine und eine Steuerplatine. Die Leistungsplatine wird hauptsächlich für die Eingabe- und Ausgabeverarbeitung von Hochspannungs- und starken elektrischen Signalen verwendet, während die Steuerplatine den DSP (ADSP-CM408) von ADI, den industriellen Ethernet-Schnittstellenchip von ADI (FIDO5200) und das FPGA von Altera (10CL025) enthält. Diese sind hauptsächlich für das Einlesen von Signalen aus den Detektionsschleifen und das Ausgeben von Steuersignalen verantwortlich. Darüber hinaus bieten sie Zusatzfunktionen wie die serielle Kommunikation, Anzeige und Tasteninteraktion.

Das CM40X DSP-Funktionsmodul umfasst einen ADC und eine analoge Schaltung, und einer der größten Vorteile der CM40x-Prozessorserie liegt in der Genauigkeit des On-Chip SAR ADC. Am Beispiel des CM403 hat dieser insgesamt 26 analoge Eingänge, von denen jedoch nur 24 zur Aufnahme externer analoger Signale genutzt werden können. Die anderen zwei Kanäle sind jeweils mit den Ausgängen von zwei internen DACs verbunden, die in einigen Anwendungen zur Selbstdiagnose verwendet werden, um zu prüfen, ob der ADC ordnungsgemäß funktioniert. Die höchste Abtastrate des ADC im CM403 kann 2,6Msps erreichen, und sein SINAD kann 81dB erreichen, wenn 0~11 analoge Eingänge bei einer Abtastrate von 2,6M abgefragt werden.

Der fido5000 Multiprotokoll-(REM)-Switch-Chip von ADI hat zwei Modelle, fido5100 und fido5200. Der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Modellen ist das unterstützte Ethernet-Protokoll. Der fido5100 unterstützt verschiedene wichtige industrielle Ethernet-Protokolle außer EtherCAT, während der fido5200 verschiedene wichtige industrielle Ethernet-Protokolle einschließlich EtherCAT unterstützt.

FPGA ist die Abkürzung für Field Programmable Gate Array. Es handelt sich um eine Halbleiter-IC, die eine große Anzahl elektrischer Funktionen in Geräten verändern kann. Sie kann von Designingenieuren während der PCB-Montage oder "vor Ort", nachdem die Geräte an Kunden ausgeliefert wurden, geändert werden. Der ARROW-ADI ADP SERVO verwendet den 10CL025YE144I8-Chip von Altera, der 24.624 LEs und 76 allgemeine IOs besitzt und eine Vielzahl komplexer Funktionen realisieren kann.

DEMO-Board beschleunigt die Produktentwicklung

Arrow Electronics hat die ADI-Servomotorsteuerungslösung basierend auf ADI-Produkten entwickelt, bei der es sich um einen Servotreiber mit industriellen Ethernet-Lösungen basierend auf dem ADSP-CM408 und FIDO5200 handelt. ADI bietet ein komplettes Produktportfolio, einschließlich Datenwandler, Verstärker, eingebettete Prozessoren, iCoupler®-Digitalisolationen und Energieverwaltungsgeräte. Das DEMO-Board umfasst hauptsächlich ein Stromversorgungsmodul, ein Steuerungsmodul und ein Anzeigemodul.

Die ADI-Servomotorsteuerungslösung unterstützt eine Eingangsspannung von 200 ~ 240VAC, eine Drehzahl <= 3000rpm, einen Ausgangsstrom <8A, mit hoher Präzision und schneller dynamischer Reaktion. Der Kernchip verwendet ADI CM408F, AD7403, ADuM130E, ADuM141E, ADM809, ADM3483, LT1529IQ-3.3, ADP1706ardz-2.5, ADP1706ardz-1.2, FIDO5200BBCZ und Altera 10CL025. Viper53-E, STTH108A, L78L05, L78M24CV, STPS1150A, STTH1R02U von STMicroelectronics (ST), Infineon IKCM30F60GA, IKW30N60DTP, GBU8M, FOD3184, FOD817, 74ACT244SC von onsemi, SiT8208, Nexperia 74HC165D, 74HC595D, 74VHC14D, 74LVC1G08GV, TE RZ03-1A3, USB_1734035, D_sub-26-5178238, RJ45-6116353 usw.

Fazit

Immer mehr industrielle Anwendungen nutzen hochpräzise Servomotoren im Zeitalter der schnellen Entwicklung von Industrie 4.0 und benötigen die Integration von industriellem Ethernet, um die Systemverbindungsfunktion abzuschließen, was die zukünftige Entwicklung industrieller Anwendungen verändert. Angesichts der steigenden Marktnachfrage hat Arrow Electronics eine Servomotorsteuerungslösung auf Basis von ADI eingeführt, die zur schnellen Entwicklung der Anwendungen von Industrie 4.0 beiträgt und es für die entsprechenden Produktentwickler wert ist, diese Lösung gründlich zu verstehen und größere Anstrengungen in den entsprechenden Anwendungsmarkt zu investieren.