伺服控制器是一種用于精確控制電機運動(dòng)的電子設備，通過(guò)接收來(lái)自控制系統的指令以及監測電機的位置、速度等參數，實(shí)現對電機的精確控制�；诟呔�、高速度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在制造業(yè)、航空航天、醫療設備等領(lǐng)域有廣泛的應用 。
伺服控制器的關(guān)鍵是伺服控制芯片，例如ADI旗下的TMC4671就是一款完全集成的伺服控制芯片，可以為直流無(wú)刷電機、永磁同步電機、步進(jìn)電機、直流有刷電機和音圈電機提供磁場(chǎng)定向控制。其特點(diǎn)是所有的控制功能都被集成在硬件上，例如集成了ADC、位置傳感器接口、位置差值器，該款功能齊全的伺服控制器適用于各種伺服應用。本文以三個(gè)用例，看伺服控制器如何點(diǎn)亮生活。
具有自主診斷功能的靜音正壓睡眠呼吸機
睡眠呼吸機是用于治療在睡眠狀態(tài)下病人上呼吸道阻塞的一種設備。睡眠時(shí)上呼吸道阻塞會(huì )造成鼾聲、血氧降低、代謝紊亂等狀況，長(cháng)期會(huì )導致或加重各種慢性疾病。睡眠呼吸機通過(guò)對患者呼吸道持續輸送一定壓力的氣流，從而形成氣體支架，支撐患者的氣道開(kāi)放，保證患者的呼吸通暢，消除鼾聲以及阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（OSAHS）所帶來(lái)的負面影響。
多數使用正壓睡眠呼吸機的患者是在睡眠期間使用該設備，所以呼吸機的通氣舒適度及靜音性能是其重要的產(chǎn)品設計指標。另外，睡眠呼吸機的一項重要功能之一，是能在系統發(fā)生異常時(shí)，及時(shí)發(fā)現并立即采取適合的保護措施，其核心要點(diǎn)即是呼吸機風(fēng)機的控制。
正壓睡眠呼吸機硬件設計方案使用TMC4671+TMC6200的組合，可以大大降低高性能電機驅動(dòng)器設計的門(mén)檻，使用戶(hù)可以非�？焖俚卮罱ㄏ嚓P(guān)的高性能電機應用，無(wú)需編寫(xiě)復雜費時(shí)的底層驅動(dòng)，節省了了大量的調試時(shí)間。此外，相關(guān)診斷功能使工程師在調試初期可快速定位系統故障，配合TMC IDE，用戶(hù)可以方便地進(jìn)行系統辨識和控制參數優(yōu)化，加速產(chǎn)品設計定型。如此一來(lái)，用戶(hù)可專(zhuān)注于產(chǎn)品本身的設計優(yōu)化，這是未來(lái)電機控制應用的方向。
電機控制核心FOC算法及控制由TMC4671完成，功率驅動(dòng)部分及電流采樣使用TMC6200完成。TMC4671極大簡(jiǎn)化了電機控制部分的算法，解放了MCU的算力，使用戶(hù)可以專(zhuān)注于系統應用級的設計，如更適于患者的壓力流量曲線(xiàn)等。通過(guò)壓力傳感器反饋，壓力值經(jīng)由MCU進(jìn)行運算后，其輸出作為T(mén)MC4671的速度給定信號，TMC4671輸出風(fēng)機控制SVPWM信號給TMC6200，TMC6200作為MOS管門(mén)級驅動(dòng)，控制三相H橋以驅動(dòng)電機運行，使呼吸機壓力保持在需要的值或按給定的曲線(xiàn)變化。
基于TMC4671的+TMC6200的方案，可以帶來(lái)三大系統優(yōu)勢：涵蓋極高動(dòng)態(tài)的電機轉速范圍——雙水平模式下，電機轉速范圍會(huì )在10000rpm以?xún)燃?5000rpm以上快速切換，轉速切換時(shí)間可低于0.5秒；此外，該方案還可維持盡可能小的噪聲，呼吸機壓力為10cm水柱時(shí)一般要求低于30dB，高端的產(chǎn)品可以做到23dB及以下；第三，具有靈活方便的系統診斷和保護機制——以方便的結合驅動(dòng)器信息及相關(guān)傳感器定位相關(guān)異常事件，包括呼吸面罩脫落、呼吸管路漏氣、風(fēng)機堵轉等等。
設計下一代電動(dòng)自行車(chē)，助力超能力騎行
下一代電動(dòng)自行車(chē)的許多創(chuàng )新將是電動(dòng)機驅動(dòng)器和儲能系統的觸發(fā)，其中最重要的可能將集中在控件和用戶(hù)界面系統的改進(jìn)，這些控件提供了更好的總體用戶(hù)體驗，并使電動(dòng)自行車(chē)能夠適應騎手的需求。
TMC4671為電動(dòng)自行車(chē)制造商提供了其他方法來(lái)定制其產(chǎn)品的用戶(hù)體驗，包括將轉矩/速度曲線(xiàn)微調到其客戶(hù)的預期使用情況�？刂破鬟�可以通過(guò)監視其加速度傳感器并閃爍尾燈，以在檢測到自行車(chē)騎手急劇制動(dòng)時(shí)提醒其他駕駛員，從而提高用戶(hù)安全性。下圖是由ADI Trinamic開(kāi)發(fā)的實(shí)驗性電動(dòng)貨運自行車(chē)，是新一代電動(dòng)貨運自行車(chē)的試驗臺，具有高效的驅動(dòng)控制系統，再生制動(dòng)和其他新功能。
TMC4671智能電機控制器為基于BLDC的電動(dòng)自行車(chē)驅動(dòng)系統提供了完整的解決方案�？刂破鞴δ軓姶蟮募蒑CU可以進(jìn)行編程，以提供自定義用戶(hù)體驗，并遵守有關(guān)最大速度和對踏板輸入的響應的區域性法規。因此，ADI致力研究傳感方案和控制算法，以使自行車(chē)的電動(dòng)機以對稱(chēng)的方式做出響應，并在騎手開(kāi)始踩踏板時(shí)立即將扭矩傳遞至驅動(dòng)輪。減少或消除非對稱(chēng)輔助的最具成本效益的方法是使用來(lái)自左踏板的輸入來(lái)估計在右腳提供扭矩的那部分行程期間應提供的支撐量。
由于電動(dòng)自行車(chē)很可能會(huì )以非線(xiàn)性方式加速，因此計算右踏板行程的電動(dòng)機電流的算法不能簡(jiǎn)單地匹配左踏板的最新扭矩讀數。ADI通過(guò)一種預測算法解決了這個(gè)問(wèn)題，該算法使我們的控制器能夠在踏板旋轉的兩個(gè)半圈期間提供平穩，平衡的輔助。相同的算法使用踏板扭矩輸入來(lái)使電動(dòng)自行車(chē)能夠從死點(diǎn)處提供一些輔助，然后自行車(chē)滾動(dòng)后過(guò)渡到速度/扭矩模式。
高效、精確的電機控制方案加速機器人開(kāi)發(fā)
隨著(zhù)機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，對高性能電機控制器的需求也日益增多，電機控制面臨諸多性能上的挑戰，例如高精度位置控制和運動(dòng)控制，快速響應和靈活性、平滑的運動(dòng)特性，以及動(dòng)態(tài)性能和調速范圍、控制特性的連續性和直線(xiàn)性等等。
以廣泛應用的AGV小車(chē)為例，在運動(dòng)過(guò)程中涉及到人身安全、倉儲運行碰撞安全以及貨物安全等原因，所以它必須要有一個(gè)高精度的定位、運行及軌跡運行控制系統。要實(shí)現這一點(diǎn)，必須有一個(gè)可靠、高精度的伺服控制器來(lái)實(shí)現這一套軌跡運行。安全性極高的運動(dòng)控制系統，絕大多數情況下首選為伺服驅動(dòng)器，但是傳統的伺服驅動(dòng)器存在多方面的問(wèn)題，例如體積大、價(jià)格昂貴，安裝與操作極其復雜，復雜的伺服算法等。
TMC4671作為一種先進(jìn)的電機驅動(dòng)器芯片，為機器人應用提供了高效、精確的電機控制解決方案。此外，TMC4671采用先進(jìn)的電機控制算法和功率電子技術(shù)，具有高速度、高精度和高效率的特點(diǎn)。它能夠提供出色的電機控制性能，滿(mǎn)足各種機器人應用的需求。而TMC4671提供簡(jiǎn)單的接口和配置選項，更方便用戶(hù)進(jìn)行配置和控制。通過(guò)使用少量的外部元件，可以輕松地將TMC4671集成到機器人系統中。 |
