精密控制伺服电机的最佳解决方案

精密控制伺服电机的最佳解决方案

 

伺服电机通常用于需要精密控制电机移动位置的应用,像是CNC、机器人与运动控制,想要精准、稳定、快速地控制伺服电机,便需要采用伺服电机控制系统。本文将为您介绍由艾睿电子(Arrow)与ADI共同开发的伺服电机控制解决方案。

 

伺服电机具备精准控制移动的特性

伺服电机(Servomotor)是对用于使用伺服机构的电机总称,所谓伺服系统,就是依照指示命令动作所构成的控制装置,应用于电机的伺服控制,将传感器装在电机与控制对象机器上,侦测结果会返回伺服放大器与指令值做比较。因为伺服电机是以回馈信号控制,与藉由输入脉冲讯号控制的步进电机有所区别。

 

伺服电机的动作特性是进行位置定位控制和动作速度控制,其主要特点是转速可以精确控制,速度控制范围广,可以安定平顺等速运转之外,还可以根据需求随时变更速度,且在极低速度也可以稳定转动,并能迅速做出正转与逆转,也能迅速加减速。伺服电机在由静态改为动态运作,或由动态改为静态运作所需费时极短,而且即便有外力附加仍可以保持位置,并在额定容量范围内瞬间产生大转矩,输出功率大且效率也高。

 

支持工业以太网的伺服驱动器解决方案

为了更精准、快速地控制伺服电机,艾睿电子基于ADI的产品开发出ARROW-ADI ADP SERVO电机控制系统──ADSP-CM4xx混合信号控制处理器,其采用ARM Cortex M4处理器内核,集成高精度ADC、数字加速器和滤波器、SRAM和闪存以及丰富的外设。ADSP-CM4xx处理器适用于要求高性能实时控制和模拟转换的广泛嵌入式应用。

 

ADP Servo系统功能框图

 

ARROW-ADI ADP SERVO采用了240 MHz ARM Cortex M4内核集成浮点运算单元,可支持高级编程模型和复杂算法,内置384KB SRAM和2MB闪存,可从容应对大程序,具备双信道16位SAR ADC、无失码、13+ ENOB,转换速率达380ns,适应于高精度闭环控制应用。具有谐波分析引擎,可兼容并网连接,支持高级PWM和定时器功能,可有效提升转矩波动和电机性能。内建SINC滤波器,可无缝连接AD74xx隔离式转换器,支持    2路CAN接口、3路UART、2路SPI接口,以及8个32位定时器、2个双线接口和4个正交编码器接口。

 

ARROW-ADI ADP SERVO采用24x24 176引脚LQFP封装,搭载91个GPIO引脚和16个ADC输入引脚,专门针对电机控制应用而优化。

 

多种核心芯片实现高性能应用

ARROW-ADI ADP SERVO包含功率板与控制板,功率板主要是用于高压强电信号的输入输出处理,控制板则包含了ADI的DSP(ADSP - CM408)、ADI的工业以太网接口芯片(FIDO5200)和Altera的FPGA(10CL025),主要负责检测回路信号的读入和控制信号的输出,并附带有串口通信功能、显示与按键交互等辅助功能。

 

ADSP-CM408CSWZ-AF

 

CM40X DSP功能模块包含ADC和模拟电路,CM40x系列处理器的最大优势之一在于其片内SAR型ADC的精度,以CM403为例,CM403总共有26路模拟量输入,不过其中只有24路可以被用于接到外部的模拟量。另外的两路是分别接到内部的两路DAC的输出,用于某些需要自诊断的应用中,用来检测ADC是否工作正常。CM403内部的ADC最高的采样率可以达到2.6Msps,而且在2.6M采样率轮询0~11路模拟量输入的情况下其信纳比还可以达到81dB。

 

ADI公司的fido5000多协议(REM)交换芯片有fido5100和fido5200两种型号,这两种型号的区别仅在于它们支持的以太网协议。fido5100支持除EtherCAT以外的各种主要工业以太网协议,而fido5200支持包括EtherCAT在内的各种主要工业以太网协议。

 

FPGA是现场可编程门阵列的简称,它是一种半导体集成电路,支持对设备中的大量电气功能进行更改,它可由设计工程师更改,也可在PCB装配过程中更改,也可在设备发运到客户手中后“现场”更改。ARROW-ADI ADP SERVO采用了Altera的10CL025YE144I8芯片,此芯片具有24,624个LE,76个通用IO,可实现多种复杂功能。

 

演示板加快产品开发速度

艾睿电子基于ADI的产品开发出ADI伺服电机控制解决方案是带有工业以太网解决方案的伺服驱动器,其基于ADSP-CM408和FIDO5200。ADI提供完整的产品组合,包括数据转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler®数字隔离器和电源管理器件。演示板主要包括电源模块、控制模块、显示模块。

 

ADI伺服电机控制解决方案支持输入电压为200〜240VAC,转动速度<= 3000rpm,输出电流<8A,具备高精度和快速动态响应,核心芯片采用ADI的CM408F、AD7403、ADuM130E、ADuM141E、ADM809、ADM3483、LT1529IQ-3.3、ADP1706ARDZ-2.5、ADP1706ARDZ-1.2、FIDO5200BBCZ与Altera的10CL025,还有意法半导体(ST)的Viper53-E、STTH108A、L78L05、L78M24CV、STPS1150A、STTH1R02U,以及英飞凌(Infineon)的IKCM30F60GA、IKW30N60DTP,安森美半导体(ON Semiconductor)的GBU8M、FOD3184、FOD817、74ACT244SC,SiTime的SiT8208、Nexperia的74HC165D、74HC595D、74VHC14D、74LVC1G08GV,TE的RZ03-1A3、USB_1734035、D_SUB-26-5178238、RJ45-6116353等。

 

结语

在工业4.0快速发展的时代,有越来越多的工业应用采用高精度的伺服电机,并需要结合工业以太网来完成系统连线功能,改变了工业应用的未来发展。有鉴于市场需求日益增加,艾睿电子推出了基于ADI的伺服电机控制解决方案,将有助于工业4.0应用的快速推展,值得相关产品开发商深入了解这个解决方案,并加大力度投入相关应用市场。

 

特色产品

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