정밀 제어 서보 모터를 위한 최적의 솔루션

서보 모터는 움직임의 정밀한 제어를 제공합니다

서보 모터는 서보 메커니즘을 사용하는 모터를 지칭하는 일반적인 용어입니다. 소위 말하는 서보 시스템은 지시 명령에 따라 작동하는 제어 장치입니다. 이것은 모터의 서보 제어에 적용됩니다. 센서는 모터와 제어 기기에 설치되며, 검출 결과는 명령 값과 비교하기 위해 서보 앰플리파이어로 반환됩니다. 입력 펄스 신호로 제어되는 스테핑 모터와는 달리 서보 모터는 피드백 신호로 제어됩니다.

서보 모터의 작동 특성은 위치 지정 제어와 작동 속도 제어입니다. 주요 특성으로는 속도를 정확히 제어할 수 있고, 속도 제어 범위가 넓으며(또한 일정한 속도에서 안정적이고 부드러운 작동을 유지), 요구에 따라 언제든지 속도를 변경할 수 있으며, 매우 낮은 속도로 안정적으로 회전할 수 있다는 점이 있습니다. 또한 순방향 및 역방향 회전이 가능하며 빠르게 가속 및 감속할 수 있습니다. 서보 모터는 정지 상태에서 동적 작동으로, 또는 동적 작동에서 정지 상태로 전환될 때 아주 짧은 시간이 필요하며, 외부 힘에도 불구하고 위치를 유지할 수 있으며, 정격 용량 범위 내에서 즉시 큰 토크를 생성하고 높은 출력 및 효율성을 제공합니다.

산업용 이더넷을 지원하는 서보 드라이버 솔루션

서보 모터를 더욱 정확하고 빠르게 제어하기 위해, Arrow Electronics는 ARROW-ADI ADP SERVO 모터 제어 시스템을 개발했습니다 ── 이는 ADI 제품을 기반으로 한 ADSP-CM4xx 혼합 신호 제어 프로세서로, ARM Cortex M4 프로세서 코어를 채택하고, 고정밀 ADC, 디지털 가속기 및 필터, SRAM과 플래시 메모리, 그리고 풍부한 주변 장치를 통합합니다. ADSP-CM4xx 프로세서는 고성능 실시간 제어와 아날로그 변환이 필요한 다양한 임베디드 애플리케이션에 적합합니다.

ARROW-ADI ADP SERVO는 240 MHz ARM Cortex M4 코어와 통합된 부동소수점 연산 장치를 채택하여 고급 프로그래밍 모델과 복잡한 알고리즘을 지원할 수 있습니다. 내장된 384KB SRAM과 2MB 플래시 메모리를 통해 대형 프로그램을 원활하게 처리할 수 있습니다. 듀얼 채널 16비트 SAR ADC를 갖추고 있으며, 결측 코드가 없고 13+ ENOB와 380ns의 변환 속도를 자랑하여 고정밀 폐루프 제어 애플리케이션에 적합합니다. 조화파 분석 엔진(HAE)을 통해 그리드 연결과 호환되며, 고급 PWM 및 타이머 기능을 지원하여 토크 변동성 감소와 모터 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 내장된 SINC 필터를 통해 AD74xx 절연 변환기와 원활히 연결할 수 있으며, 2채널 CAN 인터페이스, 3채널 UART 인터페이스, 2채널 SPI 인터페이스, 8개의 32비트 타이머, 2개의 2-와이어 인터페이스, 4개의 직교 인코더 인터페이스를 지원합니다. ARROW-ADI ADP SERVO는 모터 제어 애플리케이션에 최적화된 24x24 176-리드 LQFP 패키지로, 91개의 GPIO 핀과 16개의 ADC 입력 핀을 포함하고 있습니다.

높은 성능의 애플리케이션을 구현하기 위한 다양한 코어 칩

ARROW-ADI ADP SERVO는 전원 보드와 제어 보드를 포함합니다. 전원 보드는 주로 고전압 및 강한 전기 신호의 입출력 처리를 위해 사용되며, 제어 보드에는 ADI의 DSP (ADSP-CM408), ADI의 산업용 이더넷 인터페이스 칩 (FIDO5200) 및 Altera의 FPGA (10CL025)가 포함되어 있으며, 주로 검출 루프 신호를 읽어들이고 제어 신호를 출력하는 역할을 합니다. 또한, 시리얼 포트 통신, 디스플레이, 키 조작과 같은 보조 기능도 제공합니다.

CM40X DSP 기능 모듈은 ADC와 아날로그 회로를 포함하며, CM40x 시리즈 프로세서의 가장 큰 장점 중 하나는 칩에 내장된 SAR ADC의 정확성에 있습니다. CM403을 예로 들면, CM403은 총 26개의 아날로그 입력을 가지지만 그 중 24개만 외부 아날로그 신호를 수신하는 데 사용할 수 있습니다. 나머지 두 채널은 각각 내부 DAC 두 개의 출력에 연결되어 있으며, 이는 ADC가 정상 작동하는지 확인하기 위해 자체 진단이 필요한 일부 응용 프로그램에서 사용됩니다. CM403에서 ADC의 최대 샘플링 속도는 2.6Msps에 도달할 수 있으며, 0~11개의 아날로그 입력을 2.6M 샘플링 속도로 폴링할 때 SINAD는 81dB에 도달할 수 있습니다.

ADI의 fido5000 다중 프로토콜 (REM) 스위칭 칩은 fido5100과 fido5200 두 가지 모델이 있습니다. 이 두 모델의 유일한 차이점은 지원하는 이더넷 프로토콜입니다. fido5100은 EtherCAT을 제외한 주요 산업용 이더넷 프로토콜을 지원하며, fido5200은 EtherCAT을 포함한 주요 산업용 이더넷 프로토콜을 지원합니다.

FPGA는 Field Programmable Gate Array의 약자입니다. 이는 반도체 집적 회로로, 장비의 많은 전기적 기능을 변경할 수 있습니다. 이는 설계 엔지니어에 의해, PCB 조립 중에, 또는 장비가 고객에게 배송된 후 "현장에서" 변경될 수 있습니다. ARROW-ADI ADP SERVO는 Altera의 10CL025YE144I8 칩을 채택하였으며, 이 칩은 24,624 LEs와 76개의 일반 IO를 가지고 있으며, 다양한 복잡한 기능을 구현할 수 있습니다.

DEMO 보드는 제품 개발을 가속화합니다

Arrow Electronics는 ADI 제품을 기반으로 한 ADI 서보 모터 제어 솔루션을 개발했으며, ADSP-CM408 및 FIDO5200 기반의 산업용 이더넷 솔루션을 갖춘 서보 드라이버입니다. ADI는 데이터 변환기, 증폭기, 임베디드 프로세서, iCoupler® 디지털 아이솔레이터 및 전력 관리 장치를 포함한 완전한 제품 포트폴리오를 제공합니다. 데모 보드는 주로 전원 공급 모듈, 제어 모듈 및 디스플레이 모듈을 포함합니다.

ADI 서보 모터 제어 솔루션은 200 ~ 240VAC 입력 전압, 회전 속도 <= 3000rpm, 출력 전류 <8A를 지원하며, 높은 정밀도와 빠른 동적 반응을 제공합니다. 주요 칩은 ADI CM408F, AD7403, ADuM130E, ADuM141E, ADM809, ADM3483, LT1529IQ-3.3, ADP1706ardz-2.5, ADP1706ardz-1.2, FIDO5200BBCZ 및 Altera 10CL025를 채택하고 있습니다. 또한, STMicroelectronics(ST)의 Viper53-E, STTH108A, L78L05, L78M24CV, STPS1150A, STTH1R02U, Infineon IKCM30F60GA, IKW30N60DTP, GBU8M, onsemi의 FOD3184, FOD817, 74ACT244SC, SiT8208, Nexperia의 74HC165D, 74HC595D, 74VHC14D, 74LVC1G08GV, TE RZ03-1A3, USB_1734035, D_sub-26-5178238, RJ45-6116353 등을 포함합니다.

결론

점점 더 많은 산업 응용 분야가 Industry 4.0의 급속한 발전 시대에 정밀도가 높은 서보 모터를 사용하고 있으며, 산업 이더넷을 결합하여 시스템 연결 기능을 완성해야 합니다. 이는 산업 응용 분야의 미래 발전을 변화시키고 있습니다. 증가하는 시장 수요를 고려하여, Arrow Electronics는 ADI 기반의 서보 모터 제어 솔루션을 출시하였으며, 이는 Industry 4.0 응용 분야의 급속한 발전에 기여할 것입니다. 관련 제품 개발자들이 이 솔루션을 깊이 이해하고 관련 응용 시장에 더욱 많은 노력을 투자할 필요가 있는 가치 있는 솔루션입니다.