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采用iCoupler技术的电机控制隔离方案


时间:2018-10-15 编辑:夏禅
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机器人应用需要对驱动许多机器接合点的电机进行精确控制。 控制系统需要了解各种机器臂和执行器的定位位置,以确保运行安全、可靠。 要做到高效,还需更深入地实时了解电机壳内的转子运动情况。







如没有转子角度的信息(易于在高负载下滑动),电子装置控制器可能会提供太多电流,而这些电流只是通过发热浪费掉了。 为了感测位置和转子状态,控制算法的一个重要变量是电机绕组的电流水平。 从概念上讲,这是一个易于监控的低成本变量,因为它只涉及提供一个从电机到控制电路的链路。 但是,确保信号尽可能准确需要考虑许多因素。 误差会导致无法准确检测位置并增加不必要的能耗。


电机控制中最常用的电流传感器是分流电阻器、霍尔效应传感器和电流互感器。 后两个装置提供隔离功能,尽管会增加整体成本,但在处理高功率时非常重要。 分流电阻器电路一般限于测量 50 A 或以下的电流,但其优势是具有传感器类型器件中线性度最高的响应能力,以及更低的低成本。 这些器件还适合 AC DC 测量。


通过将分流电阻器与三角积分调制器耦合,可以实现准确灵敏的结果。 三角积分采样与滤波技术有助于抑制瞬态噪声影响,并可以很好地支持 12 位以上的分辨率。 Texas Instruments ADS1203 即是一种专用于包括电机控制在内的仪表应用的三角积分调制器。 此器件是一个单通道、二阶三角积分调制器,专用于 DC 39 kHz 频率范围内的高分辨率模数转换。 此转换器的输出是一连串数字 1 0,其时间平均值与模拟输入电压成比例。 使用滤波三角积分调制器信号的一个关键优势是,可将量化噪声源与瞬态噪声源转换至高频率,使其更易于通过低通滤波器滤除。


通过使用调制器代替完整的模数转换器,设计师可以调整数字滤波性能,从而最好地满足电机控制的要求。其中包括,与向电机本身供电的 H 桥电路中的晶体管开关事件保持严格同步。 滤波器本身可使用数字信号处理器 (DSP)、微控制器或现场可编程门阵列  (FPGA) 来实施,具体取决于成本和性能目标。 通过使用定制滤波器,可以较好地在瞬态响应与最终采样分辨率之间进行取舍。 较高的过采样率可带来更高的准确度,但会造成数值更新率较低 - 降低过采样会减小分辨率,但会提供较高的刷新率。


就数据处理而言,有一个与传统逐次逼近 (SAR) 模数转换器的对照。 通过利用 SAR 转换器,可在采样保持电路的协助下执行采样,这让系统设计师可以严格控制采样时刻的定时。 另一方面,三角积分转换采用持续采样流程,因此采样值没有已定义的触发时刻。 反之,此时间点的采样值是一系列 1 位采样值的加权平均值,这一系列采样值可能跨越此采样值代表的这一时间点的值。


1 位比特流进行滤波并抽取至较低速率的多比特流采样值,可以在两个不同阶段完成,一种很常见的方法是使用可在一个阶段执行这两个任务的 SINC 滤波器。 三阶通常称为 sinc3,是目前这些应用最普遍的选择。


滤波器在很大程度上是一个采样值窗口的加权总和,该加权总和会给予序列中心的采样值更多权重;而给予序列开始和结束处的采样值较少权重。 鉴于测量电流中功率晶体管开关分量的影响,需要考虑这一效应,否则反馈算法将受到混叠等方面的影响。


关键词:电机 机器人 传感器    浏览量:3096

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