【導(dǎo)讀】智能機械正在逐漸重塑我們身邊的世界。無數(shù)的電動機和電機驅(qū)動器是強大的自動運轉(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)計能將電機變成智能運動執(zhí)行器的電機驅(qū)動系統(tǒng)，這將使工業(yè)機械更為高效。”
如今的智能電機
現(xiàn)代機器人可以幫助醫(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”在電機自動化領(lǐng)域中意味著每秒需要進(jìn)行更多次電機扭矩調(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)電機全部由被稱作微控制器（MCU）或微處理器（MPU）的嵌入式計算機芯片的電機驅(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)增強了C2000™ MCU性能，使電機驅(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，控制電動機響應(yīng)速度越快，機器產(chǎn)生的運轉(zhuǎn)就越精確，使電機響應(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，伺服電機設(shè)計人員想要讓電機在一微妙之內(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)有的伺服電機驅(qū)動資源，通過電流采樣在一微秒內(nèi)改變電機的運轉(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)動器和電機有時只是更大的機器中的一個組件，縮小其尺寸這一點就顯得尤為重要。機器人手臂通常由多個電機組成，每個電機控制一個運動軸。電機驅(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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