德州儀器的市場(chǎng)部經(jīng)理Brian Fortman表示：“當今的工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)者開(kāi)始設計電機驅動(dòng)時(shí)，他們不僅僅是試圖提供更多的原動(dòng)力，而是要使其變得更智能，這樣電機驅動(dòng)就可以搬運更重的汽車(chē)部件或者生產(chǎn)更大的產(chǎn)品。“他們正在嘗試設計能將電機變成智能運動(dòng)執行器的電機驅動(dòng)系統，這將使工業(yè)機械更為高效。”

 

 

如今的智能電機

 

現代機器人可以幫助醫生完成復雜的外科手術(shù)，也可以為制造商實(shí)現各式產(chǎn)品的生產(chǎn)——從玩具到家具、再到大型卡車(chē)等。工廠(chǎng)的機器能在裝配線(xiàn)上拾取和放置零部件，或為客戶(hù)提交準備好的封裝。自動(dòng)化車(chē)床可以快速模制和雕刻木制或金屬產(chǎn)品，3-D打印機能夠將塑料、金屬或混凝土打印成包括玩具和建筑在內的各種形狀的物體。

 

“更智能”在電機自動(dòng)化領(lǐng)域中意味著(zhù)每秒需要進(jìn)行更多次電機扭矩調整，使結果更精確，這將提高制造效率和質(zhì)量并減少浪費和失誤。

 

復雜的工業(yè)電機全部由被稱(chēng)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動(dòng)器控制。德州儀器公司DesignDRIVE工程師團隊通過(guò)快速電流回路 (FCL)軟件技術(shù)增強了C2000™ MCU性能，使電機驅動(dòng)設計人員能夠向客戶(hù)提供更智能的產(chǎn)品。同時(shí)，這些客戶(hù)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(shū)獲取更多信息)

 

快速電流回路能夠在微秒內做出反應

MCU能夠確保電機根據其電流、位置和工作條件隨時(shí)做出反應。設計一個(gè)優(yōu)質(zhì)的電機驅動(dòng)器需要大量精確與高速的數學(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(lái)說(shuō)，能夠在微秒時(shí)間內做出反應是很重要的，控制電動(dòng)機響應速度越快，機器產(chǎn)生的運轉就越精確，使電機響應速度加快百萬(wàn)分之一秒也能提升產(chǎn)量，從而使工廠(chǎng)更高效、更節約成本。

 

但直到今天，伺服電機設計人員想要讓電機在一微妙之內做出反應的方法仍然很有限。一個(gè)常見(jiàn)的方法是在電機的控制板上添加專(zhuān)用芯片，以處理普通的MCU在微秒級時(shí)間內無(wú)法完成的任務(wù)，這些芯片通常是專(zhuān)門(mén)為每個(gè)新電機單獨設計的，而不是商業(yè)化的現成組件。

 

但是增加更多的芯片會(huì )使電機驅動(dòng)器更昂貴、更耗電，設計也更復雜。這些芯片會(huì )在控制器板上占用額外空間，使整個(gè)電機驅動(dòng)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，它可以利用現有的伺服電機驅動(dòng)資源，通過(guò)電流采樣在一微秒內改變電機的運轉動(dòng)作。

 

然而，德州儀器在C2000 MCUs上的革新并不止FCL一項。結合了電機定位專(zhuān)用三角指令等C28平臺創(chuàng )新技術(shù)，FCL改變著(zhù)設計師對新一代電機驅動(dòng)器的思維方式，這對于工業(yè)應用系統未來(lái)發(fā)展來(lái)說(shuō)，的確是一個(gè)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(kāi)了通過(guò)增加硬件設備來(lái)增強電流回路性能或通過(guò)增加逆變器頻率以改善控制帶寬帶來(lái)的弊端”。 

 

智能電機未來(lái)的發(fā)展趨勢

 

由于C2000芯片能夠在工業(yè)設計過(guò)程中保證高質(zhì)量，且商用C2000 MCUs 芯片擁有比傳統芯片更長(cháng)的壽命，因此機械設備正在崛起。一些伺服系統需要在工廠(chǎng)運行長(cháng)達20年或更長(cháng)，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(huì )需要數千平方毫米的驅動(dòng)板，像C2000 MCU這樣的驅動(dòng)控制片上，系統可以將其減少到幾百平方毫米。

 

單個(gè)驅動(dòng)器和電機有時(shí)只是更大的機器中的一個(gè)組件，縮小其尺寸這一點(diǎn)就顯得尤為重要。機器人手臂通常由多個(gè)電機組成，每個(gè)電機控制一個(gè)運動(dòng)軸。電機驅動(dòng)組合能夠以更小的空間和更輕的重量完成相同數量的工作，從而實(shí)現更靈活的設計，并能激發(fā)工業(yè)機器設計人員的創(chuàng )新熱情。

 

Brian表示：“在某些情況下，電子硬件小型化意味著(zhù)設計人員可以開(kāi)始考慮更經(jīng)濟或更高效的結構。例如，在機器人的每一個(gè)電動(dòng)軸上放置更多控制單元，這意味著(zhù)將會(huì )大大降低在機器上的布線(xiàn)和安裝成本。

 

20多年來(lái)，我們的工程師一直在致力于設計滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化和運動(dòng)控制客戶(hù)特殊需求的MCU系統。C2000 MCU DesignDRIVE團隊開(kāi)發(fā)的FCL系統和其他優(yōu)化功能正在幫助設計人員創(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。 

“我們正在為C2000 MCU設計這些創(chuàng )新功能，”Brian說(shuō)， “因為這正是我們的客戶(hù)想要的”。

 

 

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