04 Цахилгаан хөдөлгүүр: 3 фазын MOS гүүр нь холболтын гаралтын эргүүлэх хүчийг тодорхойлдог

Зураг 5: Гурван фазын моторын утаснууд нь MOS тэжээлийн хэсэгт төвлөрсөн байдлаар холбогдсон бөгөөд дээж авах резистор, драйвер болон шүүлтүүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг түүний эргэн тойронд байрлуулсан байна.

 

Энэхүү холбогч хөтлөгч нь гурван фазын сойзгүй моторуудад зориулагдсан. Гурван фазын BLDC моторын өндөр хүчин чадалтай удирдлага нь ихэвчлэн гурван хагас гүүр шаарддаг бөгөөд энэ нь хамгийн багадаа зургаан чадлын MOSFET бүхий гурван фазын инвертер үүсгэдэг. Олон тооны том багцтай MOS төхөөрөмжүүдлаазЭнэхүү архитектуртай нийцүүлэн гурван фазын гаралтын гагнуурын цэгүүдийг тойрсон PCBA дээр харагдаж болно.

 

Гурван фазын гүүрний үйл ажиллагааны логикийг дараах байдлаар хялбарчилж болно.

Батерей эсвэл автобусны хүчдэлийг P+ ба P-ээр дамжуулан нийлүүлдэг; MOS хагас гүүрний өндөр хурдтай шилжүүлэлт нь тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг гурван фазын гүйдэл болгон хувиргадаг;

Гурван фазын гүйдэл нь моторын ороомог руу урсаж, эргэлдэгч соронзон орон үүсгэдэг; Хянагч нь кодлогчийн байрлал болон гүйдлийн хариу урвал дээр үндэслэн PWM ажлын мөчлөгийг тасралтгүй тохируулдаг;

Эцсийн дүнд холбоос нь зорилтот эргүүлэх хүч, хурд эсвэл байрлалыг гаргах боломжийг олгодог.

Энэ хэсгийн муу дизайн нь хэд хэдэн ердийн асуудалд хүргэнэ: хэт их MOS халаалт, бага хурдтай чичиргээ, хүчтэй эргүүлэх хүч, хуурамч хэт гүйдлийн хамгаалалтын өдөөлт, кодлогч эсвэл холбооны хэлхээнд нөлөөлдөг цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо. Ийм учраас робот холболтын цахилгаан самбарын дизайн нь ердийн жижиг моторын хөтчийн самбараас хамаагүй илүү төвөгтэй байдаг.

 

Зураг 6: TLV767 хүчдэлийн зохицуулагчийг индуктор, конденсатор болон хэд хэдэн нам хүчдэлийн цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамт самбар дээр харж болно.

Цахилгаан хангамжийн модыг мөн шинжлэх нь зүйтэй. TLV767 зэрэг LDO зохицуулагч болон "100" гэж тэмдэглэгдсэн цахилгаан индукторууд нь хэлхээний самбар дээр харагдаж байна. 48V үнэлгээтэй холболтын хэрэглээний хувилбарыг авч үзвэл бага хүчдэлийн системийг зөвхөн LDO-оор дамжуулан өндөр хүчдэлээс шууд салгах боломжгүй гэж дүгнэж болно. Үүний оронд дараахьтай төстэй цахилгаан хангамжийн архитектурыг ашигласан болно.

Өндөр хүчдэлийн автобус → Бууруулах хувиргалтыг шилжүүлэх → Бага хүчдэлийн төмөр зам (5V / 3.3V гэх мэт) → Хоёрдогч LDO зохицуулалт / орон нутгийн дуу чимээний шүүлтүүр

Энэхүү цахилгаан архитектур нь илүү оновчтой юм. MCU, кодлогч, түүвэрлэлтийн өсгөгч болон холбооны дамжуулагч нь цэвэр, тогтвортой бага хүчдэлийн тэжээл шаарддаг бол MOS унтраалга болон моторын фазын шугамууд нь хүчтэй дуу чимээ үүсгэдэг. Хэрэв бага хүчдэлийн тэжээлийн хангамж нь хангалттай хөндлөнгийн эсрэг гүйцэтгэлгүй бол хамгийн түрүүнд гарч ирэх алдаа нь ихэвчлэн моторын эвдрэл биш, харин огцом өнцгийн үсрэлт, холбоо тасрах эсвэл гүйдлийн түүвэрлэлтийн уншилт юм.

05 Гүйдэл ба температур мэдрэгч: Робот холболтууд гаралтын эргүүлэх хүчийг бодит цаг хугацаанд хянах ёстой

 

Зураг 7: Олон тооны R001 бага утгатай мэдрэгчтэй резисторууд гурван фазын тэжээлийн хэсгийн доор байрладаг.

Энэхүү самбар дээр R001 бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь чухал ач холбогдолтой бөгөөд моторын фазын гүйдэл эсвэл автобусны гүйдлийг хэмжихэд ашигладаг миллиом түвшний бага утгатай мэдрэгч резисторууд (ихэвчлэн 1 мΩ)-ыг төлөөлдөг. BLDC моторын гаралтын эргүүлэх хүч нь түүний фазын гүйдэлтэй хүчтэй хамааралтай тул гүйдэл мэдрэгч нь роботын холболтын хаалттай гогцооны удирдлагын цөмийг бүрдүүлдэг.

Өөрөөр хэлбэл, хянагч нь холболтын эргүүлэх хүчийг "тааварладаггүй"; харин мэдрэгч резистор дээрх бага зэргийн хүчдэлийн уналтыг хэмжих замаар гүйдлийг тооцоолдог:

Мэдрэгч резистор дээрх хүчдэлийн уналт → Өсгөлт ба шүүлтүүр → ADC дээж авах → Гүйдлийн тооцоо → FOC эргүүлэх моментийн хяналт

Энэ дохионы гинжин хэлхээний нарийвчлал нь дараахь зүйлд шууд нөлөөлдөг.

Эргэлтийн моментийн хяналтын нарийвчлал: Хэрэв одоогийн тооцоолол буруу байвал эргүүлэх моментийн гаралт буруу байна.

Бага хурдтай жигд байдал: Өндөр түүвэрлэлтийн чимээ нь бага хурдтай үед чичиргээ үүсгэх хандлагатай байдаг.

Хэт гүйдлийн хамгаалалт: Удаан хариу үйлдэл нь MOSFET-үүдийг шатааж болзошгүй бол хэт мэдрэг тохиргоо нь хуурамч хамгаалалтын өдөөгч үүсгэдэг.

Дулааны удирдлагын стратеги: Тогтмол өндөр гүйдэл нь моторын ороомог, MOSFET болон гүйдэл мэдрэгчтэй резисторуудад температурын нэгэн зэрэг өсөлтөд хүргэдэг.

Байршлын үүднээс авч үзвэл, гүйдлийн мэдрэгчтэй резисторыг MOSFET болон фазын утаснуудтай ойрхон байрлуулах нь өндөр гүйдлийн гогцоог богиносгодог бөгөөд энэ нь паразит индуктив чанар болон түүвэрлэлтийн алдааг бууруулахад тусалдаг. Фаз бүрийн ойролцоо олон тооны жижиг резистор болон конденсаторыг байрлуулсан бөгөөд ерөнхийдөө хаалганы чимээг намжаах, түүвэрлэлтийн шүүлтүүр, драйверийг тогтворжуулах, орон нутгийн холболтыг салгахад ашигладаг.

Температур илрүүлэх нь мөн адил зайлшгүй шаардлагатай. МОТОРЫН NTC шошго нь моторын дотор эсвэл ороомгийн хажууд суурилуулсан термисторыг заана. Хүн хэлбэртэй роботын холболтын хувьд бага хурдтай өндөр эргүүлэх хүчээр ажиллах, удаан хугацааны статик барилт, зогсох эсвэл суух үеийн түр зуурын нөлөөлөл нь температурын мэдэгдэхүйц өсөлтийг үүсгэдэг. NTC нь хянагчийг температурт суурилсан гурван гол функцийг гүйцэтгэх боломжийг олгодог:

Гүйдлийн хязгаарлалт: Температур нэмэгдэхийн хэрээр хамгийн их гаралтын гүйдлийг бууруулах; Багасгах: Тогтвортой хүнд ачааллын үед хамгийн их эргэлтийн моментийг хязгаарлах;

Хамгаалалтын унтрах: Температур нь аюулгүй байдлын босгыг давсан үед алдааны горимд орно.

Энэ нь мэргэжлийн робот холболтын үндсэн чадвар юм. Температурын битүү гогцооны хяналтгүйгээр холболт нь өндөр оргил эргүүлэх хүчийг үл харгалзан удаан хугацаанд найдвартай ажиллах боломжгүй.

06 Байршил илрүүлэх: Хос соронзон кодлогч болон араа нь нэг эргэлтийн өнцгийг олон эргэлтийн байрлалын заалт болгон хувиргадаг

PCBA-г салгасны дараа ар талд нь жижиг арааны бүтцийн багц харагдаж болно. Эдгээр нь гол бууруулагч араа биш, харин өнцөг илрүүлэх зориулалттай туслах механизмууд юм.

 

Зураг 8: Хяналтын самбарын ар талд байрлах араа болон соронзон кодлогчийн хэсэг

 

Зураг 9: Төвийн голыг эргүүлэх нь зэргэлдээ хоёр арааг синхрон эргэлдүүлэхэд хүргэдэг.

Бүтцийн хувьд төв голын эргэлт нь хоёр жижиг арааг хөдөлгөдөг. Жижиг араа бүрийн төвд соронзон эд анги суурилуулсан бөгөөд PCBA-ийн арын хэсэгт байрлах тохирох байрлалд соронзон кодлогч IC суурилуулсан. Соронзон кодлогч нь соронзон орны өнцгийн хэлбэлзлийг хэмжиж, оптик сараалжтай диск ашиглах шаардлагагүй болгодог. Эдгээр нь бага зэргийн тосны бохирдол болон тоос шороонд тэсвэртэй тул бүрэн хаалттай робот холболтод илүү тохиромжтой болгодог.

 

Зураг 10: Хос араатай болон хос кодлогчтой бүтэц нь өнцгийн нарийвчлалыг сайжруулж, олон эргэлтийн байрлал илрүүлэх боломжийг олгодог.

Энд хамгийн онцгой зүйл бол "хос араатай + хос соронзон кодлогч" тохиргоо юм. Үүний үнэ цэнэ нь илүү өндөр нарийвчлалтай байхын тулд зүгээр л хоёр дахь мэдрэгч нэмэхээс хамаагүй илүү юм; энэ нь олон эргэлттэй абсолют байрлалын кодчилолын схемийг хэрэгжүүлэхээр зохион бүтээгдсэн байх магадлалтай:

Ганц соронзон кодлогч нь 0–360° доторх өнцгийг нарийн хэмждэг;

гэсэн хэдий ч холболт нь олон эргэлт хийж болох бөгөөд нэг эргэлттэй кодлогч нь эргэлтийн тоог өөрөө тодорхойлж чадахгүй;

Хэрэв хоёр араа нь өөр өөр шүдний тоо эсвэл арааны харьцаатай бол тэдгээр нь верниер төст хамаарал үүсгэдэг;

Хоёр өнцгийн уншилтыг нэгтгэснээр хянагч нь илүү өргөн хүрээнд үнэмлэхүй байрлалыг тооцоолдог.

Энэхүү бүтэц нь хүн дүрст роботуудад маш их үнэ цэнийг өгдөг. Цахилгааныг унтраасны дараа хөл, гар эсвэл бүсэлхийн үе нь гадны хүчний нөлөөгөөр хөдөлж болзошгүй. Дахин цахилгаанжуулах үед их хэмжээний хөдөлгөөн шаарддаг үе мөчний үр ашиг багатай бөгөөд аюулгүй байдалд аюул учруулдаг. Олон эргэлттэй абсолют байрлал мэдрэгч нь үе мөчүүдэд цахилгаан сэргэмэгц биеийн байрлалын өгөгдлийг шууд авах боломжийг олгодог.