04. დენის გადაცემა: 3-ფაზიანი MOS ხიდი განსაზღვრავს შეერთების გამომავალი ბრუნვის სიმძლავრეს

სურათი 5: სამფაზიანი ძრავის სადენები ცენტრალიზებულად არის დაკავშირებული MOS კვების სექციასთან, მის გარშემო კი განლაგებულია შერჩევის რეზისტორები, დრაივერები და ფილტრის კომპონენტები.

 

ეს სახსრის დრაივერი შექმნილია სამფაზიანი უფუნჯო ძრავებისთვის. სამფაზიანი BLDC ძრავების მაღალი ხარისხის მართვისთვის, როგორც წესი, საჭიროა სამი ნახევარხიდი, რომლებიც ქმნიან სამფაზიან ინვერტორს მინიმუმ ექვსი სიმძლავრის MOSFET-ით. მრავალი დიდი ზომის MOS მოწყობილობა.ქილაშეინიშნება სამფაზიანი გამომავალი შედუღების წერტილების გარშემო არსებულ PCBA-ზე, რაც თავსებადია ამ არქიტექტურასთან.

 

სამფაზიანი ხიდის მუშაობის ლოგიკა შეიძლება გამარტივდეს შემდეგნაირად:

აკუმულატორის ან ავტობუსის ძაბვა მიეწოდება P+ და P- მეშვეობით; MOS ნახევარხიდების მაღალსიჩქარიანი გადართვა მუდმივ ძაბვას სამფაზიან დენად გარდაქმნის;

სამფაზიანი დენი მიედინება ძრავის გრაგნილებში მბრუნავი მაგნიტური ველის გენერირებისთვის; კონტროლერი განუწყვეტლივ არეგულირებს PWM სამუშაო ციკლებს კოდირების პოზიციისა და დენის უკუკავშირის მიხედვით;

საბოლოო ჯამში, რაც სახსარს საშუალებას აძლევს გამოსცეს სამიზნე ბრუნვის მომენტი, სიჩქარე ან პოზიცია.

ამ მონაკვეთის ცუდი დიზაინი რამდენიმე ტიპურ პრობლემას გამოიწვევს: MOS-ის გადაჭარბებულ გადახურებას, დაბალი სიჩქარის რხევას, ბრუნვის მომენტის ძლიერ ტალღურ ტალღებს, ცრუ ჭარბი დენის დაცვის გააქტიურებას და ელექტრომაგნიტური ჩარევას, რომელიც გავლენას ახდენს ენკოდერებზე ან საკომუნიკაციო წრედებზე. ამ მიზეზით, რობოტის შეერთებების კვების დაფის დიზაინი გაცილებით რთულია, ვიდრე ჩვეულებრივი მცირე ძრავის დრაივერის დაფების.

 

სურათი 6: დაფაზე ჩანს TLV767 ძაბვის რეგულატორი, ინდუქტორებთან, კონდენსატორებთან და რამდენიმე დაბალი ძაბვის კვების კომპონენტთან ერთად.

ასევე გასაანალიზებელია კვების წყაროს ხე. PCB-ზე ჩანს დაბალი ძაბვის ძაბვის რეგულატორები, როგორიცაა TLV767 და "100"-ით მონიშნული სიმძლავრის ინდუქტორები. 48 ვოლტიანი შეერთებების გამოყენების სცენარის გათვალისწინებით, შეიძლება დავასკვნათ, რომ დაბალი ძაბვის სისტემა მაღალი ძაბვიდან მხოლოდ დაბალი ძაბვის ...

მაღალი ძაბვის ავტობუსი → გადართვის დაღმავალი გარდაქმნა → დაბალი ძაბვის რელსები (5V / 3.3V და ა.შ.) → მეორადი LDO რეგულირება / ადგილობრივი ხმაურის ფილტრაცია

ეს სიმძლავრის არქიტექტურა უფრო რაციონალურია. მიკროკონტროლერს, კოდირებას, სემპლინგის გამაძლიერებლებს და საკომუნიკაციო გადამცემ-მიმღებებს სჭირდებათ სუფთა, სტაბილური დაბალი ძაბვის სიმძლავრე, ხოლო MOS გადამრთველები და ძრავის ფაზის ხაზები წარმოქმნიან ინტენსიურ ხმაურს. თუ დაბალი ძაბვის კვების წყაროს არ აქვს საკმარისი ჩარევის საწინააღმდეგო მუშაობა, პირველი გაუმართაობა, რომელიც ჩნდება, როგორც წესი, არა ძრავის გაუმართაობაა, არამედ კუთხის მკვეთრი ნახტომები, კომუნიკაციის ვარდნა ან დენის დრიფტის სემპლინგის ჩვენებები.

05. დენის და ტემპერატურის აღქმა: რობოტის სახსრებმა უნდა აკონტროლონ გამომავალი ბრუნვის მომენტი რეალურ დროში

 

სურათი 7: სამფაზიანი კვების განყოფილების ქვეშ განლაგებულია R001 დაბალი მნიშვნელობის სენსორული რეზისტორების რამდენიმე ერთეული.

R001 კომპონენტები კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ამ დაფაზე, რომლებიც წარმოადგენენ მილიომური დონის დაბალი მნიშვნელობის სენსორულ რეზისტორებს (ჩვეულებრივ 1 mΩ), რომლებიც გამოიყენება ძრავის ფაზის დენის ან ავტობუსის დენის გასაზომად. დენის სენსორი ქმნის რობოტის შეერთებების დახურული ციკლის მართვის ბირთვს, რადგან BLDC ძრავის გამომავალი ბრუნვის მომენტი მჭიდრო კორელაციაშია მის ფაზის დენთან.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კონტროლერი არ „გამოიცდის“ შეერთების გამომავალ ბრუნვის მომენტს; ამის ნაცვლად, ის ითვლის დენს სენსორულ რეზისტორებზე ძაბვის მცირე ვარდნის გაზომვით:

ძაბვის ვარდნა სენსორულ რეზისტორზე → გაძლიერება და ფილტრაცია → ანალოგურ-ციფრული დენის შერჩევა → დენის გაანგარიშება → FOC ბრუნვის მომენტის კონტროლი

ამ სიგნალის ჯაჭვის სიზუსტე პირდაპირ გავლენას ახდენს:

ბრუნვის მომენტის კონტროლის სიზუსტე: თუ დენის შეფასება არაზუსტია, ბრუნვის მომენტის გამომავალიც არაზუსტი იქნება.

დაბალი სიჩქარის გლუვი მუშაობა: მაღალი ხმაურის გამო დაბალი სიჩქარის დროს რხევა, როგორც წესი, იწვევს.

ჭარბი დენისგან დაცვა: ნელმა რეაგირებამ შეიძლება MOSFET-ები დაწვას, ხოლო ზედმეტად მგრძნობიარე პარამეტრები ცრუ დაცვის ტრიგერებს იწვევს.

თერმული მართვის სტრატეგია: მდგრადი მაღალი დენი იწვევს ძრავის გრაგნილების, MOSFET-ების და დენის მგრძნობელობის რეზისტორების ერთდროულ ტემპერატურის მატებას.

განლაგების თვალსაზრისით, დენის მგრძნობიარე რეზისტორების MOSFET-ებთან და ფაზურ გაყვანილობასთან ახლოს განთავსება ამცირებს მაღალი დენის მარყუჟს, რაც ხელს უწყობს პარაზიტული ინდუქციურობის და შერჩევის შეცდომების შემცირებას. თითოეული ფაზის მახლობლად განლაგებულია დიდი რაოდენობით მცირე რეზისტორები და კონდენსატორები, რომლებიც ძირითადად გამოიყენება კარიბჭის დემპინგისთვის, შერჩევის ფილტრაციისთვის, დრაივერის სტაბილიზაციისა და ლოკალური განცალკევებისთვის.

ტემპერატურის აღმოჩენა ასევე აუცილებელია. MOTOR NTC ეტიკეტი მიუთითებს თერმისტორზე, რომელიც დამონტაჟებულია ძრავის შიგნით ან გრაგნილებთან ახლოს. ჰუმანოიდი რობოტის სახსრებისთვის, დაბალი სიჩქარით მაღალი ბრუნვის მომენტით მუშაობა, ხანგრძლივი სტატიკური დაძაბულობა და დროებითი ზემოქმედება დგომის ან ჩაჯდომის დროს - ეს ყველაფერი იწვევს ტემპერატურის მნიშვნელოვან მატებას. NTC კონტროლერს საშუალებას აძლევს შეასრულოს ტემპერატურაზე დაფუძნებული სამი ძირითადი ფუნქცია:

დენის შეზღუდვა: მაქსიმალური გამომავალი დენის შემცირება ტემპერატურის მატებასთან ერთად; დერატაცია: პიკური ბრუნვის მომენტის შეზღუდვა ხანგრძლივი მძიმე დატვირთვის დროს;

დამცავი გამორთვა: გადადით გაუმართაობის რეჟიმში, როგორც კი ტემპერატურა გადააჭარბებს უსაფრთხოების ზღვარს.

ეს ასევე ფუნდამენტური შესაძლებლობაა, რომელიც პროფესიონალურ რობოტულ შეერთებებს უნდა ჰქონდეს. ტემპერატურის დახურული ციკლის კონტროლის გარეშე, შეერთება ვერ იმუშავებს საიმედოდ დიდი ხნის განმავლობაში, მიუხედავად მისი მაღალი პიკური ბრუნვის მომენტისა.

06 პოზიციის აღმოჩენა: ორმაგი მაგნიტური ენკოდერები და გადაცემათა კოლოფები ერთბრუნვიან კუთხეებს მრავალბრუნვიან პოზიციის მაჩვენებლებად გარდაქმნიან

PCBA-ს მოხსნის შემდეგ, უკანა მხარეს მოჩანს მცირე ზომის გადაცემათა კოლოფის კონსტრუქციები. ეს არ არის მთავარი რედუქციული მექანიზმები, არამედ დამხმარე მექანიზმები, რომლებიც შექმნილია კუთხის აღმოსაჩენად.

 

სურათი 8: გადაცემათა კოლოფისა და მაგნიტური ენკოდერის არე მართვის დაფის უკანა მხარეს

 

სურათი 9: ცენტრალური ლილვის ბრუნვა ორ მიმდებარე პინიონის მექანიზმს სინქრონულად ბრუნავს.

სტრუქტურულად, ცენტრალური ლილვის ბრუნვა ორ პატარა გადაცემას ამოძრავებს. თითოეული პატარა გადაცემათა კოლოფის ცენტრში დამონტაჟებულია მაგნიტური კომპონენტი, ხოლო მაგნიტური ენკოდერის ინტეგრირებული სქემები დამონტაჟებულია შესაბამის პოზიციებზე PCBA-ს უკანა მხარეს. მაგნიტური ენკოდერები ზომავენ მაგნიტური ველების კუთხურ ვარიაციებს, რაც გამორიცხავს ოპტიკური ბადისებრი დისკების საჭიროებას. ისინი ტოლერანტულები არიან ზეთით მცირე დაბინძურებისა და მტვრის მიმართ, რაც მათ უფრო შესაფერისს ხდის სრულად დახურული რობოტის შეერთებებისთვის.

 

სურათი 10: ორმაგი გადაცემათა კოლოფისა და ორმაგი ენკოდერის სტრუქტურა აუმჯობესებს კუთხურ გარჩევადობას და საშუალებას იძლევა პოზიციის მრავალმობრუნებით ამოცნობის.

აქ ყველაზე მეტად გამოირჩევა „ორმაგი გადაცემათა კოლოფი + ორმაგი მაგნიტური ენკოდერის“ კონფიგურაცია. მისი ღირებულება გაცილებით მეტია, ვიდრე უბრალოდ მეორე სენსორის დამატება უფრო მაღალი სიზუსტისთვის; ის, სავარაუდოდ, შექმნილია მრავალბრუნვის აბსოლუტური პოზიციის კოდირების სქემის რეალიზებისთვის:

ერთი მაგნიტური კოდირება ზუსტად ზომავს კუთხეებს 0–360°-ის ფარგლებში;

თუმცა, სახსარს შეუძლია მრავალი ბრუნის განხორციელება და ერთბრუნიანი კოდირებით დამოუკიდებლად არ არის შესაძლებელი ბრუნვების რაოდენობის განსაზღვრა;

თუ ორ გადაცემას განსხვავებული კბილების რაოდენობა ან გადაცემათა კოეფიციენტი აქვს, ისინი ვერნიეს მსგავს კორელაციას ქმნიან;

ორი კუთხური მაჩვენებლის გაერთიანებით, კონტროლერი ითვლის აბსოლუტურ პოზიციას გაცილებით ფართო დიაპაზონში.

ეს სტრუქტურა ჰუმანოიდ რობოტებს დიდ ღირებულებას ანიჭებს. გამორთვის შემდეგ, ფეხების, ხელების ან წელის სახსრები შეიძლება გადაადგილდეს გარე ძალების ზემოქმედებით. ხელახლა ჩართვისას, სახსრები, რომლებიც საჭიროებენ ინტენსიურ საწყის მოძრაობებს, დაბალი ეფექტურობით ხასიათდება და საფრთხეს უქმნის უსაფრთხოებას. მრავალბრუნვადი აბსოლუტური პოზიციის ამოცნობა სახსრებს საშუალებას აძლევს, მყისიერად მიიღონ პოზის მონაცემები, როგორც კი ელექტროენერგია აღდგება.