【導讀】隨著(zhù)工業(yè) 4.0 的先進(jìn)制造工藝席卷全球市場(chǎng)，高度自動(dòng)化系統的需求急劇增長(cháng)，這些系統既需要在集成的制造流程中運行，又需要不斷收集流程控制數據。大多數此類(lèi)系統（包括機械臂中的磁性編碼器、接近傳感器、傳動(dòng)器、壓力變送器、線(xiàn)性電機和自主移動(dòng)機器人）均需要先進(jìn)的位置感應解決方案來(lái)控制性能并收集工廠(chǎng)級數據，從而做出更明智的決策并提高設備運行的安全性和可靠性。
圖 1 中所示自主移動(dòng)機器人可以自動(dòng)執行簡(jiǎn)單的任務(wù)，例如在倉庫內運輸物料。這類(lèi)工業(yè)機器人可幫助優(yōu)化制造流程、增加生產(chǎn)量并提高生產(chǎn)率。要在工廠(chǎng)車(chē)間或倉庫實(shí)現安全高效導航，自主移動(dòng)機器人的輪子必須內置位置感應和速度控制等高精度系統控制功能。
圖 1：自主移動(dòng)機器人橫穿倉庫
可控制運動(dòng)的高性能自動(dòng)化系統幾乎都需要位置感應，并且位置感應技術(shù)的選擇直接影響整個(gè)系統的成本和性能。在評估出色的位置感應解決方案，需要考慮傳感器精度、速度、功率、靈活性和可靠性等因素。
多軸線(xiàn)性霍爾效應位置傳感器可提供高度精確、快速且可靠的絕對位置測量，非常適合精密自動(dòng)化工業(yè)應用。這些功能有助于實(shí)現更加準確的實(shí)時(shí)控制，此類(lèi)控制在提高設備性能、優(yōu)化系統效率和更大限度地減少停機時(shí)間方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。
再看一下自主移動(dòng)機器人的例子，圖 2 中的方框圖展示了輪子的電機和電機控制器之間形成的反饋環(huán)路。其中使用的是 TI 的 TMAG5170 線(xiàn)性 3D 霍爾效應位置傳感器，可監測電機軸的確切角度位置和電機驅動(dòng)器，從而使電機旋轉。除了此反饋環(huán)路中顯示的所有元素外，該線(xiàn)性 3D 霍爾效應傳感器通常會(huì )對系統帶寬和延遲有直接影響。通過(guò)采用能夠進(jìn)行高帶寬測量的傳感器，您可以提高此反饋環(huán)路的整體速度并增強系統性能。
同樣，位置傳感器的測量精度決定了對電機運動(dòng)的可控程度。而傳感器的速度和精度通常此消彼長(cháng)，系統性能因此受到限制。TMAG5170 可實(shí)現高吞吐量數據讀取，感應速度高達 20 kSPS，并且可進(jìn)行高精度線(xiàn)性測量，最大總誤差為 2.6%，讓您無(wú)需在兩者中做出抉擇。
圖 2：采用TMAG5170線(xiàn)性3D霍爾效應位置傳感器的自主移動(dòng)機器人輪子電機模塊方框圖
功耗可能也是選擇位置傳感器時(shí)的重要考量項，具體取決于設計的電池管理系統或電源。電池供電型系統或采用低功耗電源的系統（例如，遠程 4 mA 至 20 mA 環(huán)路供電）通常需要具備低功耗運行模式（例如，喚醒和睡眠以及深度睡眠模式）的傳感器來(lái)幫助提高吞吐量的同時(shí)降低功耗。TMAG5170 具有多個(gè)運行模式和采樣率。與其他精密線(xiàn)性 3D 霍爾效應傳感器相比，其電源效率至少能提升 70%，可在 1 kHz 至 20 kHz 采樣范圍內為電池供電器件或關(guān)注系統效率的輕負載模式降低功耗。
通常情況下，位置傳感器具有嚴格的機械配置限制。線(xiàn)性 3D 霍爾效應傳感器功能豐富，具有可選磁性靈敏度范圍和溫度補償選項，可方便您靈活進(jìn)行磁性和機械設計。TMAG5170 具有片上角度計算引擎，無(wú)需片外處理，同時(shí)提供角度感應應用中傳感器和磁體的機械放置靈活性，包括軸上和偏軸情況下的配置。
由于在自動(dòng)化操作中工業(yè)系統與人工配合日益密切，因此需要更多安全措施來(lái)確保操作安全，此外，對用于防止工具停機和質(zhì)量問(wèn)題的診斷功能的需求也不斷增加。選擇位置傳感器時(shí)，除精度、速度、功率和靈活性等因素外，讀數可靠性也是一個(gè)重要因素。例如，如果選擇具有少量或根本不具有診斷功能的傳感器，則可能需要大量外部元件來(lái)確保傳感器數據的準確性和可靠性，這會(huì )增加設計的物料清單(BOM)成本。TMAG5170 具有獨特的智能診斷功能組合，例如通信、連續性和內部信號路徑檢查，以及可針對電源、輸入磁場(chǎng)和系統溫度進(jìn)行配置的診斷功能。無(wú)需其他元件即可確保傳感器數據準確，從而實(shí)現長(cháng)期可靠性并降低 BOM 成本。
高速高精度的位置傳感器在自動(dòng)化工業(yè)系統中實(shí)現了新一代實(shí)時(shí)控制技術(shù)。TMAG5170 等精密線(xiàn)性 3D 霍爾效應傳感器可幫助設計人員實(shí)現快速、精確且可靠的測量，而無(wú)需降低性能或增加功耗和成本，從而進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè) 4.0 市場(chǎng)發(fā)展趨勢。
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