ICoupler प्रौद्योगिकी का उपयोग कर मोटर नियंत्रण अलगाव योजना
रोबोट अनुप्रयोगों को उन मोटरों के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है जो कई मशीन जोड़ों को चलाते हैं। नियंत्रण प्रणाली को सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न रोबोट हथियारों और एक्चुएटर्स की स्थिति की स्थिति जानने की आवश्यकता है। कुशल होने के लिए, आपको मोटर आवास में रोटर गति के बारे में अधिक गहराई से जानने की आवश्यकता है।
रोटर कोण (उच्च भार के तहत स्लाइड करने में आसान) पर जानकारी के बिना, इलेक्ट्रॉनिक्स नियंत्रक बहुत अधिक वर्तमान प्रदान कर सकता है, जो बस गर्मी से बर्बाद हो जाता है। स्थिति और रोटर स्थिति को समझने के लिए, नियंत्रण एल्गोरिथ्म का एक महत्वपूर्ण चर मोटर वाइंडिंग का वर्तमान स्तर है। वैचारिक रूप से, यह एक कम लागत वाला चर है जो निगरानी करना आसान है क्योंकि इसमें केवल मोटर से नियंत्रण सर्किट तक एक लिंक प्रदान करना शामिल है। हालांकि, कई कारक हैं जिन्हें यह सुनिश्चित करने के लिए विचार करने की आवश्यकता है कि संकेत यथासंभव सटीक है। त्रुटियों के परिणामस्वरूप स्थानों का गलत पता लगाया जा सकता है और अनावश्यक ऊर्जा की खपत बढ़ सकती है।
मोटर नियंत्रण में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला वर्तमान सेंसर शंट रेसिस्टर्स, हॉल प्रभाव सेंसर और वर्तमान ट्रांसफार्मर हैं। बाद के दो उपकरण अलगाव प्रदान करते हैं, जो उच्च लागत से निपटने के दौरान समग्र लागत में वृद्धि करना महत्वपूर्ण है। शंट रोकनेवाला सर्किट आमतौर पर 50 ए या उससे कम की धाराओं को मापने तक सीमित होते हैं, लेकिन सेंसर-प्रकार के उपकरणों और कम लागत में प्रतिक्रिया की उच्चतम रैखिकता होने का लाभ होता है। ये उपकरण एसी और डीसी माप के लिए भी उपयुक्त हैं।
डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर को शंट रोकनेवाला को युग्मित करके सटीक और संवेदनशील परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं। त्रिकोणीय अभिन्न नमूनाकरण और फ़िल्टरिंग तकनीक क्षणिक शोर प्रभावों को दबाने और 12-बिट रिज़ॉल्यूशन के ऊपर अच्छी तरह से समर्थन करने में मदद करती है। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ADS1203 एक डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर है जो मोटर नियंत्रण सहित इंस्ट्रूमेंटेशन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह डिवाइस एक एकल-चैनल, द्वितीय-क्रम डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर है जिसे डीसी से 39kHz तक उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस कनवर्टर का आउटपुट संख्या 1 और 0 की एक श्रृंखला है जिसका समय औसत एनालॉग इनपुट वोल्टेज के लिए आनुपातिक है। फ़िल्टर किए गए डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर सिग्नल का उपयोग करने का एक प्रमुख लाभ यह है कि परिमाणीकरण शोर स्रोत और क्षणिक शोर स्रोत को उच्च आवृत्तियों में परिवर्तित किया जा सकता है, जिससे कम-पास फिल्टर के माध्यम से फ़िल्टर करना आसान हो जाता है।
पूर्ण एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के बजाय एक मॉड्यूलेटर का उपयोग करके, डिजाइनर मोटर नियंत्रण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिजिटल फ़िल्टरिंग प्रदर्शन को समायोजित कर सकते हैं। इसमें एच-ब्रिज सर्किट में ट्रांजिस्टर स्विचिंग घटनाओं के साथ सख्त तुल्यकालन शामिल है जो मोटर को ही बिजली की आपूर्ति करता है। फ़िल्टर को लागत और प्रदर्शन लक्ष्यों के आधार पर एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP), माइक्रोकंट्रोलर, या फील्ड प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (FPGA) का उपयोग करके लागू किया जा सकता है। एक कस्टम फ़िल्टर का उपयोग करके, क्षणिक प्रतिक्रिया और अंतिम नमूना समाधान के बीच चयन करना बेहतर होता है। एक उच्च ओवरसैम्पलिंग दर से उच्च सटीकता प्राप्त होती है, लेकिन कम मूल्य अद्यतन दर के परिणामस्वरूप - ओवरसैंपलिंग को कम करने से रिज़ॉल्यूशन कम हो जाता है लेकिन एक उच्च ताज़ा दर प्रदान करता है।
डेटा प्रोसेसिंग के संदर्भ में, एक पारंपरिक क्रमिक अनुमान (SAR) एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के साथ तुलना है। एसएआर कनवर्टर का उपयोग करके, नमूना-और-होल्ड सर्किट की सहायता से नमूना प्रदर्शन किया जा सकता है, जो सिस्टम डिजाइनर को नमूने के समय को कसकर नियंत्रित करने की अनुमति देता है। दूसरी ओर, त्रिकोणीय अभिन्न रूपांतरण एक सतत नमूनाकरण प्रक्रिया का उपयोग करता है, इसलिए नमूना मूल्य का कोई परिभाषित ट्रिगर समय नहीं है। इसके विपरीत, समय में इस बिंदु पर नमूना मूल्य 1-बिट नमूना मूल्यों की एक श्रृंखला का भारित औसत है जो इस नमूना मूल्य द्वारा दर्शाए गए समय में इस बिंदु के मूल्य को प्राप्त कर सकता है।
1-बिट बिटस्ट्रीम को फ़िल्टर करना और इसे कम दर मल्टीस्ट्रीम के नमूने के मूल्य से निकालना दो अलग-अलग चरणों में किया जा सकता है। एक बहुत ही सामान्य दृष्टिकोण एक SINC फ़िल्टर का उपयोग करना है जो एक चरण में दोनों कार्यों को करता है। तीसरा क्रम, जिसे आमतौर पर sinc3 कहा जाता है, वर्तमान में इन अनुप्रयोगों के लिए सबसे आम विकल्प है।
फ़िल्टर मोटे तौर पर एक नमूना मूल्य खिड़की का एक भारित योग है जो अनुक्रम के केंद्र में नमूना मूल्यों को अधिक भार देता है, जबकि अनुक्रम के आरंभ और अंत में नमूना मूल्यों को कम वजन देता है। माप वर्तमान में पावर ट्रांजिस्टर के स्विचिंग घटक के प्रभाव को देखते हुए, इस प्रभाव पर विचार करने की आवश्यकता है, अन्यथा प्रतिक्रिया एल्गोरिथ्म अलियासिंग और इस तरह से प्रभावित होगा।
Sinc3 फ़िल्टर की आवेग प्रतिक्रिया केंद्र नमूना मूल्य से पहले नमूना मूल्य के योगदान के साथ सममित है, और केंद्र नमूना मूल्य इसके बाद के नमूने मूल्य के समान है। वर्तमान का स्विचिंग घटक औसत वर्तमान बिंदु के साथ सममित भी है: ताकि स्विचिंग घटकों का योग शून्य हो। यदि नमूना विंडो का केंद्र एच-ब्रिज को चलाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली पीडब्लूएम सिंक पल्स के साथ संरेखित किया जाता है, तो चरण चालू को एलियासिंग के बिना मापने की अनुमति है, लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए कि डेटा पढ़ते समय नमूना मान ठीक से गठबंधन किए गए हों फ़िल्टर से। फ़िल्टरिंग में एक विलंब होता है ताकि फ़िल्टर का सैंपल वैल्यू आउटपुट पीडब्लूएम सिंक पल्स का उपयोग करने पर पिछले कई समयावधि से हो। यह SAR- आधारित वर्तमान मापों की तुलना में सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम शेड्यूलिंग पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।
SAR के मामले में, PWM सिंक पल्स रूपांतरण की एक श्रृंखला को निष्पादित करने के लिए डिजिटल कनवर्टर के एनालॉग को ट्रिगर कर सकता है। जब नियंत्रण लूप के लिए डेटा तैयार किया जाता है, तो सिस्टम एक बाधा उत्पन्न करता है और नियंत्रण लूप को निष्पादित करना शुरू कर देता है। डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर और फिल्टर का उपयोग करके ये नमूना मूल्य लगातार उत्पन्न होते हैं, लेकिन चरण वर्तमान माप के लिए महत्वपूर्ण नमूना मूल्य एक निश्चित देरी के बाद तैयार होते हैं। पीडब्लूएम सिंक सिग्नल मौजूद होने पर बाधा उत्पन्न करने के लिए टाइमर या काउंटर का उपयोग किया जाना चाहिए। नमूना मूल्यों की गिनती में देरी वास्तव में sinc3 आवेग प्रतिक्रिया का आधा हिस्सा है।
एक सामान्य नियंत्रण प्रणाली में, PWM टाइमर का शून्य-क्रम धारण प्रभाव आवेग प्रतिक्रिया के आधे से अधिक है, इसलिए SINC फ़िल्टर लूप टाइमिंग को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करता है। डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर और कस्टम फ़िल्टर का उपयोग करके, उपयोगकर्ता स्वतंत्र रूप से नमूना मूल्य रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने के लिए SINC फ़िल्टर देरी को स्विच कर सकता है। मोटर नियंत्रण एल्गोरिदम को डिजाइन करते समय यह लचीलापन एक बड़ा लाभ है। आमतौर पर एल्गोरिथ्म के कुछ हिस्से देरी के लिए संवेदनशील होते हैं लेकिन प्रतिक्रिया की सटीकता के लिए कम संवेदनशील होते हैं। बाकी एल्गोरिथ्म का उपयोग कम गतिशीलता के साथ संयोजन में किया जाता है और सटीकता से लाभ होता है लेकिन देरी के लिए कम संवेदनशील है।
एक आनुपातिक अभिन्न नियंत्रक (पीआई) एल्गोरिथ्म पर विचार करें। P भाग और I घटक समान प्रतिक्रिया संकेत का उपयोग कर सकते हैं। हालाँकि, P पथ और I पथ को अलग किया जा सकता है और फीडबैक सिग्नल को विभिन्न प्रकार के फ़िल्टरिंग फ़ंक्शंस के साथ जोड़ा जा सकता है। पीआई नियंत्रक में, पी घटक का उपयोग मुख्य रूप से लोड और गति के तेजी से परिवर्तन प्रभाव को दबाने के लिए किया जाता है। इसलिए, सिग्नल स्तरों में तेजी से बदलाव का जवाब देने में सक्षम होना चाहिए। I घटक स्थिर स्थिति प्रदर्शन पर केंद्रित है और माप सटीकता पर अधिक केंद्रित है। इसलिए, पी घटक एक कम रिज़ॉल्यूशन, तेजी से अपडेट दर वर्तमान फीडबैक सिग्नल से लाभ उठा सकता है, जिसका अर्थ है कि sinc3 फ़िल्टर में एक कम ओवरसम्पलिंग और डीमीशन दर है। I घटक उच्च निरीक्षण दर से लाभान्वित होगा और अद्यतन दर में परिणामी वृद्धि का सामना कर सकता है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि बड़े भार को संभालने वाले सिस्टम में डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेटर का उपयोग करते समय, विचार करने के लिए एक और कारक अलगाव है। एक विकल्प केवल आइसोलेशन एम्पलीफायर का उपयोग करना और एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण के लिए एक अलग-थलग न्यूनाधिक का उपयोग करना है, या न्यूनाधिक के आउटपुट और डिजिटल फ़िल्टरिंग के लिए डिवाइस के इनपुट के बीच एक ऑप्टोकॉप्लर रखना है। वैकल्पिक रूप से, एक पृथक डेल्टा-सिग्मा न्यूनाधिक का चयन किया जा सकता है। एक पृथक न्यूनाधिक का उपयोग करके, एनालॉग ओवरक्रैक प्रोटेक्शन सर्किट को समाप्त किया जा सकता है क्योंकि डिजिटल फिल्टर को ओवरक्रैक प्रभाव को खत्म करने के लिए भी कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।
AD7403, एनालगडेविसेस द्वारा प्रदान किया गया है, इसका एक उदाहरण। एक दूसरे क्रम के न्यूनाधिक को लागू करने से, यह उपकरण अलग-अलग शंट विनिर्देशों के लचीले चयन के लिए अनुमति देता है और महत्वपूर्ण बिट्स के 14 से अधिक बिट्स और 20 मेगाहर्ट्ज का आउटपुट स्ट्रीम दर प्रदान करता है। एक उपयुक्त डिजिटल फ़िल्टर का उपयोग करके, डिवाइस 78,100 नमूनों / सेकंड में 88dB के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को प्राप्त करता है। यह आइसोलेशन स्कीम कंपनी की आईकॉलर तकनीक का उपयोग करती है, और कंपनी का दावा है कि यह एक विशिष्ट ऑप्टोकॉप्लर व्यवस्था के प्रदर्शन से अधिक है।
अलगाव और माइक्रोकंट्रोलर्स और प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइसेस के बढ़ते फ़िल्टरिंग प्रदर्शन जैसी सुविधाओं के अलावा, डिजाइनर रोबोट अनुप्रयोगों के लिए मोटर नियंत्रण का अनुकूलन जारी रख सकते हैं।
यदि आप एक चिकित्सा उपकरण मोटर खरीदना चाहते हैं, तो कृपया प्रेसिजन मेडिकल मोटर्स पर ध्यान दें।
