04 Quvvat drayveri: 3 fazali MOS ko'prigi ulanish moslamasining chiqish momenti sig'imini aniqlaydi

5-rasm: Uch fazali motor simlari MOS quvvat qismiga markaziy ravishda ulangan bo'lib, uning atrofida namunaviy rezistorlar, drayverlar va filtr komponentlari joylashgan.

 

Ushbu qo'shma drayver uch fazali cho'tkasiz motorlar uchun mo'ljallangan. Uch fazali BLDC motorlarini yuqori samarali boshqarish odatda uchta yarim ko'prikni talab qiladi, bu esa kamida oltita quvvatli MOSFETga ega uch fazali invertorni hosil qiladi. Bir nechta katta paketli MOS qurilmalaribankaushbu arxitekturaga mos keladigan uch fazali chiqish lehim nuqtalarini o'rab turgan PCBAda ko'rinishi mumkin.

 

Uch fazali ko'prikning ishlash mantig'ini quyidagicha soddalashtirish mumkin:

Batareya yoki shina kuchlanishi P+ va P- orqali beriladi; MOS yarim ko'priklarining yuqori tezlikda kommutatsiyasi DC kuchlanishini uch fazali tokka aylantiradi;

Uch fazali tok aylanadigan magnit maydon hosil qilish uchun motor sargilariga oqib o'tadi; Tekshirish moslamasi kodlovchi holati va tok teskari aloqasi asosida PWM ish sikllarini doimiy ravishda sozlaydi;

Oxir-oqibat, bo'g'inning maqsadli moment, tezlik yoki pozitsiyani chiqarishiga imkon beradi.

Ushbu qismning noto'g'ri dizayni bir nechta odatiy muammolarga olib keladi: haddan tashqari MOS isishi, past tezlikdagi tebranish, kuchli moment to'lqini, noto'g'ri haddan tashqari oqim himoyasi tetiklanishi va kodlovchilar yoki aloqa sxemalariga ta'sir qiluvchi EMI shovqini. Shu sababli, robot bo'g'inlari uchun quvvat platasini loyihalash oddiy kichik motor haydovchi platalariga qaraganda ancha qiyin.

 

6-rasm: TLV767 kuchlanish regulyatorini induktorlar, kondensatorlar va bir nechta past kuchlanishli quvvat komponentlari bilan birga platada ko'rish mumkin.

Elektr ta'minoti daraxti ham tahlil qilishga arziydi. TLV767 kabi LDO regulyatorlari va "100" bilan belgilangan quvvat induktorlari PCBda ko'rinadi. 48V kuchlanishli ulanishlarning qo'llanilish stsenariysini hisobga olsak, past kuchlanishli tizimni faqat LDO orqali yuqori kuchlanishdan to'g'ridan-to'g'ri tushirish ehtimoli kam degan xulosaga kelish mumkin. Buning o'rniga, quyidagilarga o'xshash elektr ta'minoti arxitekturasi qo'llaniladi:

Yuqori kuchlanishli shina → Pastga tushirish konversiyasini almashtirish → Past kuchlanishli relslar (5V / 3.3V va boshqalar) → Ikkilamchi LDO regulyatsiyasi / mahalliy shovqinni filtrlash

Ushbu quvvat arxitekturasi yanada oqilona. MCU, kodlovchi, namuna olish kuchaytirgichlari va aloqa qabul qilgich-uzatgichlari toza, barqaror past kuchlanishli quvvatni talab qiladi, MOS kalitlari va motor faza liniyalari esa kuchli shovqin hosil qiladi. Agar past kuchlanishli quvvat manbai yetarlicha shovqinga qarshi ishlashga ega bo'lmasa, birinchi bo'lib paydo bo'ladigan nosozliklar odatda motorning nosozligi emas, balki burchakning keskin sakrashi, aloqa uzilishi yoki oqimning suzib ketishi bo'ladi.

05 Oqim va haroratni sezish: Robot birikmalari chiqish momentini real vaqt rejimida kuzatishi kerak

 

7-rasm: Bir nechta R001 past qiymatli sensorli rezistorlar uch fazali quvvat qismi ostida joylashgan.

Ushbu platada R001 komponentlari juda muhim bo'lib, ular motor fazasi oqimini yoki shina oqimini o'lchash uchun ishlatiladigan milliohm darajasidagi past qiymatli sensor rezistorlarini (odatda 1 mΩ) ifodalaydi. Oqim sensori robot bo'g'inlari uchun yopiq pastadirli boshqaruvning yadrosini tashkil qiladi, chunki BLDC motorining chiqish momenti uning fazasi oqimi bilan kuchli bog'liq.

Boshqacha qilib aytganda, kontroller ulanishning moment chiqishini "taxmin qilmaydi"; buning o'rniga u sensor rezistorlaridagi kichik kuchlanish pasayishini o'lchash orqali tokni hisoblaydi:

Sensor rezistorda kuchlanish pasayishi → Kuchaytirish va filtrlash → ADC namunalarini olish → Oqimni hisoblash → FOC momentini boshqarish

Ushbu signal zanjirining aniqligi quyidagilarga bevosita ta'sir qiladi:

Momentni boshqarish aniqligi: Agar joriy baholash noto'g'ri bo'lsa, moment chiqishi ham noto'g'ri bo'ladi.

Past tezlikdagi silliqlik: Yuqori namuna olish shovqini past tezlikda titrashga olib keladi.

Haddan tashqari oqimdan himoya: Sekin javob MOSFETlarni yoqib yuborishi mumkin, haddan tashqari sezgir sozlamalar esa noto'g'ri himoya tetiklariga olib keladi.

Issiqlikni boshqarish strategiyasi: Doimiy yuqori tok motor sargilarida, MOSFETlarda va tok sezgir rezistorlarda bir vaqtning o'zida haroratning ko'tarilishiga olib keladi.

Joylashtirish nuqtai nazaridan, tok sezgir rezistorlarni MOSFET va fazali simlarga yaqin joylashtirish yuqori tok zanjirini qisqartiradi, bu esa parazit induktivlik va namuna olish xatolarini kamaytirishga yordam beradi. Har bir faza yaqinida ko'p sonli kichik rezistorlar va kondensatorlar joylashtirilgan bo'lib, ular odatda darvozani susturmak, namuna olish filtrlash, drayverni barqarorlashtirish va mahalliy ajratish uchun ishlatiladi.

Haroratni aniqlash ham bir xil darajada zarurdir. MOTOR NTC yorlig'i motor ichiga yoki sargilarga yonma-yon o'rnatilgan termistorni bildiradi. Gumanoid robot bo'g'inlari uchun past tezlikda yuqori momentli ishlash, uzoq vaqt statik ushlab turish va tik turish yoki cho'kkalab o'tirish paytida vaqtinchalik ta'sir haroratning sezilarli darajada ko'tarilishiga olib keladi. NTC kontrollerga haroratga asoslangan uchta asosiy funktsiyani bajarish imkonini beradi:

Oqimni cheklash: Harorat ko'tarilganda maksimal chiqish oqimini kamaytiring; Derating: Uzoq muddatli og'ir yuk ostida maksimal momentni oshirish;

Himoya o'chirish: Harorat xavfsizlik chegarasidan oshib ketgandan so'ng, nosozlik rejimiga o'ting.

Bu, shuningdek, professional robot bo'g'inlarida bo'lishi kerak bo'lgan asosiy qobiliyatdir. Haroratni yopiq pastadirli boshqarishsiz, bo'g'in yuqori cho'qqi momentiga qaramay, uzoq vaqt davomida ishonchli ishlay olmaydi.

06 Pozitsiyani aniqlash: Ikkita magnitli kodlovchi va uzatmalar bir burilishli burchaklarni ko'p burilishli pozitsiya ko'rsatkichlariga o'zgartiradi

PCBA ni olib tashlaganingizdan so'ng, orqa tomonda bir qator kichik tishli konstruksiyalarni ko'rish mumkin. Bular asosiy reduktorlar emas, balki burchakni aniqlash uchun mo'ljallangan yordamchi mexanizmlardir.

 

8-rasm: Boshqaruv platasining orqa tomonidagi tishli va magnit kodlovchi maydon

 

9-rasm: Markaziy valning aylanishi ikkita qo'shni pinion tishli g'ildiraklarni sinxron ravishda aylanishiga olib keladi.

Strukturaviy jihatdan, markaziy valning aylanishi ikkita kichik vitesni harakatga keltiradi. Har bir kichik vitesning markaziga magnit komponent o'rnatilgan bo'lib, magnit kodlovchi mikrosxemalar PCBA ning orqa tomonidagi mos keladigan pozitsiyalarga o'rnatilgan. Magnit kodlovchilar magnit maydonlarning burchak o'zgarishlarini o'lchaydi, bu esa optik panjara disklariga ehtiyojni yo'q qiladi. Ular ozgina yog' ifloslanishi va changga chidamli bo'lib, ularni to'liq yopiq robot bo'g'inlari uchun ko'proq moslashtiradi.

 

10-rasm: Ikkita tishli va ikki kodlovchi struktura burchak o'lchamlarini yaxshilaydi va ko'p burilishli pozitsiyani aniqlash imkonini beradi.

Bu yerda eng diqqatga sazovor narsa "ikki tishli + ikki magnitli kodlovchi" konfiguratsiyasidir. Uning qiymati shunchaki yuqori aniqlik uchun ikkinchi sensorni qo'shishdan ancha ustundir; u, ehtimol, ko'p burilishli mutlaq pozitsiyani kodlash sxemasini amalga oshirish uchun ishlab chiqilgan:

Bitta magnit kodlovchi 0–360° oraliqdagi burchaklarni aniq o'lchaydi;

ammo bo'g'in bir nechta aylanishlarni aylantirishi mumkin va bir aylanishli kodlovchi aylanishlar sonini mustaqil ravishda aniqlay olmaydi;

Agar ikkita tishli g'ildirakning tishlar soni yoki tishli g'ildirak nisbatlari har xil bo'lsa, ular vernierga o'xshash korrelyatsiyani hosil qiladi;

Ikki burchak o'qishini birlashtirish orqali kontroller mutlaq pozitsiyani ancha kengroq diapazonda hisoblab chiqadi.

Ushbu tuzilma gumanoid robotlar uchun katta qiymatga ega. Quvvat o'chirilgandan so'ng, oyoqlar, qo'llar yoki bel bo'g'imlari tashqi kuchlar ta'sirida siljishi mumkin. Qayta quvvatlanganda, keng ko'lamli harakatlarni talab qiladigan bo'g'imlar past samaradorlikka ega va xavfsizlik uchun xavf tug'diradi. Ko'p burilishli mutlaq pozitsiyani aniqlash quvvat qayta tiklanishi bilan bo'g'imlarga darhol holat ma'lumotlarini olish imkonini beradi.