【導(dǎo)讀】智能機(jī)械正在逐漸重塑我們身邊的世界。無數(shù)的電動機(jī)和電機(jī)驅(qū)動器是強(qiáng)大的自動運轉(zhuǎn)技術(shù)的核心，有時它們也被稱為工業(yè)伺服驅(qū)動器。當(dāng)今，越來越多的系統(tǒng)設(shè)計人員利用德州儀器的新軟件和其他創(chuàng)新技術(shù)，設(shè)計出越來越多的更小、更快、更智能的驅(qū)動器。
德州儀器的市場部經(jīng)理Brian Fortman表示：“當(dāng)今的工業(yè)自動化開發(fā)者開始設(shè)計電機(jī)驅(qū)動時，他們不僅僅是試圖提供更多的原動力，而是要使其變得更智能，這樣電機(jī)驅(qū)動就可以搬運更重的汽車部件或者生產(chǎn)更大的產(chǎn)品。“他們正在嘗試設(shè)計能將電機(jī)變成智能運動執(zhí)行器的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，這將使工業(yè)機(jī)械更為高效。”
如今的智能電機(jī)
現(xiàn)代機(jī)器人可以幫助醫(yī)生完成復(fù)雜的外科手術(shù)，也可以為制造商實現(xiàn)各式產(chǎn)品的生產(chǎn)——從玩具到家具、再到大型卡車等。工廠的機(jī)器能在裝配線上拾取和放置零部件，或為客戶提交準(zhǔn)備好的封裝。自動化車床可以快速模制和雕刻木制或金屬產(chǎn)品，3-D打印機(jī)能夠?qū)⑺芰?、金屬或混凝土打印成包括玩具和建筑在?nèi)的各種形狀的物體。
“更智能”在電機(jī)自動化領(lǐng)域中意味著每秒需要進(jìn)行更多次電機(jī)扭矩調(diào)整，使結(jié)果更精確，這將提高制造效率和質(zhì)量并減少浪費和失誤。
復(fù)雜的工業(yè)電機(jī)全部由被稱作微控制器（MCU）或微處理器（MPU）的嵌入式計算機(jī)芯片的電機(jī)驅(qū)動器控制。德州儀器公司DesignDRIVE工程師團(tuán)隊通過快速電流回路 (FCL)軟件技術(shù)增強(qiáng)了C2000™ MCU性能，使電機(jī)驅(qū)動設(shè)計人員能夠向客戶提供更智能的產(chǎn)品。同時，這些客戶也能制造出更先進(jìn)的機(jī)器人，生產(chǎn)出比以往更好、更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品。(下載白皮書獲取更多信息)
快速電流回路能夠在微秒內(nèi)做出反應(yīng)
MCU能夠確保電機(jī)根據(jù)其電流、位置和工作條件隨時做出反應(yīng)。設(shè)計一個優(yōu)質(zhì)的電機(jī)驅(qū)動器需要大量精確與高速的數(shù)學(xué)運算和同步測量。
對于大批量生產(chǎn)的制造業(yè)和工業(yè)機(jī)器人來說，能夠在微秒時間內(nèi)做出反應(yīng)是很重要的，控制電動機(jī)響應(yīng)速度越快，機(jī)器產(chǎn)生的運轉(zhuǎn)就越精確，使電機(jī)響應(yīng)速度加快百萬分之一秒也能提升產(chǎn)量，從而使工廠更高效、更節(jié)約成本。
但直到今天，伺服電機(jī)設(shè)計人員想要讓電機(jī)在一微妙之內(nèi)做出反應(yīng)的方法仍然很有限。一個常見的方法是在電機(jī)的控制板上添加專用芯片，以處理普通的MCU在微秒級時間內(nèi)無法完成的任務(wù)，這些芯片通常是專門為每個新電機(jī)單獨設(shè)計的，而不是商業(yè)化的現(xiàn)成組件。
但是增加更多的芯片會使電機(jī)驅(qū)動器更昂貴、更耗電，設(shè)計也更復(fù)雜。這些芯片會在控制器板上占用額外空間，使整個電機(jī)驅(qū)動器變得更大、更昂貴、更耗電。
為了解決此難題，德州儀器的C2000 MCU工程師們設(shè)計了新的解決方案：快速電流回路(FCL)。FCL是一種可用于最新C2000 MCU的軟件，它可以利用現(xiàn)有的伺服電機(jī)驅(qū)動資源，通過電流采樣在一微秒內(nèi)改變電機(jī)的運轉(zhuǎn)動作。
然而，德州儀器在C2000 MCUs上的革新并不止FCL一項。結(jié)合了電機(jī)定位專用三角指令等C28平臺創(chuàng)新技術(shù)，F(xiàn)CL改變著設(shè)計師對新一代電機(jī)驅(qū)動器的思維方式，這對于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)未來發(fā)展來說，的確是一個好消息。
“FCL技術(shù)打破了很多固化的思維方式，”Brian介紹道，“FCL技術(shù)巧妙地避開了通過增加硬件設(shè)備來增強(qiáng)電流回路性能或通過增加逆變器頻率以改善控制帶寬帶來的弊端”。
智能電機(jī)未來的發(fā)展趨勢
由于C2000芯片能夠在工業(yè)設(shè)計過程中保證高質(zhì)量，且商用C2000 MCUs 芯片擁有比傳統(tǒng)芯片更長的壽命，因此機(jī)械設(shè)備正在崛起。一些伺服系統(tǒng)需要在工廠運行長達(dá)20年或更長，所以其使用壽命就很重要。
單芯片技術(shù)方案還有助于使電機(jī)最小化，設(shè)計人員就能夠用更少的芯片和更小的外殼創(chuàng)造新產(chǎn)品。即使是基于定制芯片技術(shù)，多芯片控制也可能會需要數(shù)千平方毫米的驅(qū)動板，像C2000 MCU這樣的驅(qū)動控制片上，系統(tǒng)可以將其減少到幾百平方毫米。
單個驅(qū)動器和電機(jī)有時只是更大的機(jī)器中的一個組件，縮小其尺寸這一點就顯得尤為重要。機(jī)器人手臂通常由多個電機(jī)組成，每個電機(jī)控制一個運動軸。電機(jī)驅(qū)動組合能夠以更小的空間和更輕的重量完成相同數(shù)量的工作，從而實現(xiàn)更靈活的設(shè)計，并能激發(fā)工業(yè)機(jī)器設(shè)計人員的創(chuàng)新熱情。
Brian表示：“在某些情況下，電子硬件小型化意味著設(shè)計人員可以開始考慮更經(jīng)濟(jì)或更高效的結(jié)構(gòu)。例如，在機(jī)器人的每一個電動軸上放置更多控制單元，這意味著將會大大降低在機(jī)器上的布線和安裝成本。
20多年來，我們的工程師一直在致力于設(shè)計滿足工業(yè)自動化和運動控制客戶特殊需求的MCU系統(tǒng)。C2000 MCU DesignDRIVE團(tuán)隊開發(fā)的FCL系統(tǒng)和其他優(yōu)化功能正在幫助設(shè)計人員創(chuàng)造以更少耗費、更低功率、更小體積和更高精度完成更多工作的機(jī)械系統(tǒng)。
“我們正在為C2000 MCU設(shè)計這些創(chuàng)新功能，”Brian說， “因為這正是我們的客戶想要的”。
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