緊湊型的數字驅動器將集成電路和數字放大器結合起來,組成可安裝在PCB板上的超緊湊封裝。除了先進的伺服和步進電機控制,此類驅動器還可以對S曲線點對點移動、大量通用數字和模擬輸入/輸出(I/O)以及正弦/余弦和BiSS-C編碼器提供支持。除主機網絡外,還支持擴展CAN和SPI網絡,以支持分層網絡體系結構。
近來,市場上用于精密運動控制的小型電機、控制器和傳感器頻繁發布。對用于移動機器人、無人機和電池供電應用的運動控制組件的日益增長的需求,推動了這些應用的發展。這些趨勢也加速了運動控制技術的發展,使工程師能夠建造耗電和噪音更低、占用空間更少的系統。
當涉及到電機和放大器尺寸時,對于越來越多的應用來說,通常越小越好,因此在構建使用運動控制的機器時越接近越好。對于那些集成了模擬傳感器的系統更是如此。
提高運動性能和定位精度
原因歸結為兩個簡單的原則:信號傳輸距離越短,信號也就更清晰、更準確;信號傳輸距離越短,伺服回路也就可以運行得更快,同時仍然保持安全的相位裕度。這兩個因素都會對運動性能產生重大影響,尤其是定位精度。
對于一些機器應用,雖然使用傳輸距離較短的信號,不會帶來較明顯的性能改進,但使用較小電機的系統,以及使用新一代編碼器的系統,例如致力于以納米甚至皮米為單位測量超高精度的sin/cos編碼器,都會顯著改善系統的性能。對于需要保持較高的位置或速度控制精度的主軸來講,快速伺服回路和干凈的傳感器信號,也會帶來明顯的差異。
這是因為,這些設備完成了與機器控制功能相關的所有繁重工作。它們可以運行用戶應用程序代碼,生成運動軌跡,處理伺服定位,并利用板載放大器驅動電機。這些設備還提供多種接口,如串行、CAN和以太網。最重要的是,它們體積很小,只有3到5厘米。
雖然不是新產品,但在過去10年中,安裝在PCB板上的運動控制模塊,在功率輸出增加的同時,其尺寸在不斷縮小。由于便利性,這些設備將繼續存在,未來尺寸會繼續縮小,功能也會繼續擴展。
最后,也許小型化控制的最大影響是它允許重新組織機器結構。從集中式運動轉向本地/嵌入式運動的轉變,帶來了更好的信號完整性、更快的伺服回路、更少的EMI、更高的可靠性和更低的成本。
移動和微型運動控制應用
由于對患者治療設備、移動診斷設備和電池驅動醫療設備的需求,移動和便攜式運動控制應用正在迅速普及。設計工程師被要求去建造占用更少空間、使用更少電力而仍能提供更高性能的系統。
有些設計工程師使用即插即用設備來構建特定于應用的運動控制板,他們的任務更多的是互連,而不是實際的電路設計。盡管由IC設計的完整運動板,通常需要10層以上的PCB和嚴格的數字和模擬設計技能,而即插即用運動控制模塊構建的板通常是2層或最多4層,設計任務側重于選擇連接器和指定板的外形尺寸。
使用這些一體化設備,構建完全定制的電路板就輕而易舉;一個簡單的 2 層或 4 層互連板,可以連接多個驅動器。
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