04 Kiendeshi cha Umeme: Daraja la MOS la Awamu 3 Huamua Uwezo wa Torque ya Pato la Kiungo

Mchoro 5: Waya za mota za awamu tatu zimeunganishwa katikati na sehemu ya umeme ya MOS, zikiwa na vipingamizi vya sampuli, viendeshi na vipengele vya vichujio vilivyopangwa kuzunguka.

 

Kiendeshi hiki cha pamoja kimeundwa kwa ajili ya mota zisizotumia brashi za awamu tatu. Udhibiti wa utendaji wa hali ya juu wa mota za BLDC za awamu tatu kwa kawaida huhitaji nusu-daraja tatu, na kutengeneza kibadilishaji cha awamu tatu chenye angalau MOSFET sita zenye nguvu. Vifaa vingi vya MOS vya vifurushi vikubwakopoitaonekana kwenye PCBA inayozunguka sehemu za solder za awamu tatu, sambamba na usanifu huu.

 

Mantiki ya uendeshaji wa daraja la awamu tatu inaweza kurahisishwa kama ifuatavyo:

Volti ya betri au basi huingizwa kupitia P+ na P-; Kubadilisha kwa kasi ya juu kwa nusu-daraja la MOS hubadilisha voltage ya DC kuwa mkondo wa awamu tatu;

Mkondo wa awamu tatu hutiririka kwenye vilima vya injini ili kutoa uwanja wa sumaku unaozunguka; Kidhibiti hurekebisha mizunguko ya wajibu wa PWM kila mara kulingana na nafasi ya kisimbaji na maoni ya mkondo;

Hatimaye kuwezesha kiungo hadi kwenye towe lengwa, kasi au nafasi.

Muundo mbaya wa sehemu hii utasababisha matatizo kadhaa ya kawaida: joto kali la MOS, mtetemo wa kasi ya chini, mripuko mkali wa torque, kichocheo cha ulinzi wa mkondo wa juu kupita kiasi, na mwingiliano wa EMI unaoathiri visimbaji au saketi za mawasiliano. Kwa sababu hii, muundo wa bodi ya umeme kwa viungo vya roboti ni mgumu zaidi kuliko ule wa bodi ndogo za kawaida za dereva wa mota.

 

Mchoro 6: Kidhibiti cha volteji cha TLV767 kinaweza kuonekana kwenye ubao, pamoja na vichocheo, vipokea sauti na vipengele kadhaa vya nguvu ya volteji ya chini.

Mti wa usambazaji wa umeme pia unafaa kuchanganuliwa. Vidhibiti vya LDO kama vile TLV767 na vichocheo vya umeme vilivyoandikwa "100" vinaonekana kwenye PCB. Kwa kuzingatia hali ya matumizi ya viungo vilivyokadiriwa 48V, inaweza kudhaniwa kuwa mfumo wa volteji ya chini hauwezekani kupunguzwa moja kwa moja kutoka kwa volteji ya juu kupitia LDO pekee. Badala yake, usanifu wa usambazaji wa umeme unaofanana na ufuatao unatumika:

Basi la volteji ya juu → Ubadilishaji wa hatua kwa hatua → Reli za volteji ya chini (5V / 3.3V, nk) → Udhibiti wa pili wa LDO / uchujaji wa kelele wa ndani

Usanifu huu wa nguvu ni wa busara zaidi. Vipaza sauti vya MCU, kisimbaji, vipaza sauti vya sampuli na vipitishi vya mawasiliano vinahitaji nguvu safi na thabiti ya volteji ya chini, huku swichi za MOS na mistari ya awamu ya mota ikitoa kelele kali. Ikiwa usambazaji wa umeme wa volteji ya chini hauna utendaji wa kutosha wa kuzuia kuingiliwa, hitilafu za kwanza kutokea kwa kawaida si hitilafu za mota, bali ni kuruka kwa pembe ghafla, kuacha mawasiliano au usomaji wa sampuli za mkondo unaoteleza.

05 Utambuzi wa Sasa na Halijoto: Viungo vya Roboti Lazima Vifuatilie Torque ya Matokeo kwa Wakati Halisi

 

Mchoro 7: Vipingaji vingi vya thamani ya chini vya R001 viko chini ya sehemu ya nguvu ya awamu tatu.

Vipengele vya R001 ni muhimu katika ubao huu, vikiwakilisha vipingamizi vya hisia vya thamani ya chini vya kiwango cha milliohm (kawaida 1 mΩ) vinavyotumika kupima mkondo wa awamu ya mota au mkondo wa basi. Uhisi wa mkondo huunda kiini cha udhibiti wa kitanzi kilichofungwa kwa viungo vya roboti, kwani torque ya kutoa ya mota ya BLDC inahusiana sana na mkondo wake wa awamu.

Kwa maneno mengine, kidhibiti hakidhanii "matokeo ya torque ya kiungo; badala yake, huhesabu mkondo kwa kupima kushuka kwa volteji ndogo kwenye vipingamizi vya hisia:

Kushuka kwa volteji kwenye kipingamizi cha hisia → Upanuzi na uchujaji → Sampuli ya ADC → Uhesabuji wa sasa → Udhibiti wa torque ya FOC

Usahihi wa mnyororo huu wa ishara huathiri moja kwa moja:

Usahihi wa Udhibiti wa Torque: Ikiwa makadirio ya sasa si sahihi, matokeo ya torque hayatakuwa sahihi.

Ulaini wa Kasi ya Chini: Kelele ya juu ya sampuli huwa husababisha mtetemo kwa kasi ya chini.

Ulinzi wa Mkondo Uliozidi: Mwitikio wa polepole unaweza kuchoma MOSFET, huku mipangilio nyeti kupita kiasi ikisababisha vichocheo vya ulinzi bandia.

Mkakati wa Usimamizi wa Joto: Mkondo wa juu endelevu husababisha ongezeko la joto kwa wakati mmoja katika vilima vya injini, MOSFET na vipingamizi vya hisi ya mkondo.

Kutoka kwa mtazamo wa mpangilio, kuweka vipingamizi vya hisia za mkondo karibu na MOSFET na nyaya za awamu hufupisha kitanzi cha mkondo wa juu, ambacho husaidia kupunguza upenyezaji wa vimelea na makosa ya sampuli. Idadi kubwa ya vipingamizi vidogo na vipaza sauti hupangwa karibu na kila awamu, kwa ujumla hutumika kwa ajili ya kupunguza unyevu wa lango, kuchuja sampuli, uthabiti wa kiendeshi na utenganishaji wa ndani.

Ugunduzi wa halijoto ni muhimu pia. Lebo ya MOTOR NTC inaonyesha kipimajoto kilichowekwa ndani ya mota au karibu na vilima. Kwa viungo vya roboti vya binadamu, uendeshaji wa torque ya kasi ya chini, kushikilia tuli kwa muda mrefu, na athari ya muda mfupi wakati wa kusimama au kuchuchumaa vyote hutoa ongezeko kubwa la halijoto. NTC huwezesha kidhibiti kufanya kazi tatu muhimu zinazotegemea halijoto:

Kizuizi cha mkondo: Punguza mkondo wa juu zaidi wa kutoa kadri halijoto inavyoongezeka; Kupunguza mkondo: Kiwango cha juu cha mkondo wa mkondo chini ya mizigo mizito inayoendelea;

Kuzima kwa kinga: Ingiza hali ya hitilafu mara tu halijoto inapozidi kizingiti cha usalama.

Huu pia ni uwezo wa msingi ambao viungo vya roboti vya kitaalamu lazima viwe nao. Bila udhibiti wa halijoto uliofungwa, kiungo hakiwezi kufanya kazi kwa uhakika kwa muda mrefu licha ya kiwango chake cha juu cha torque.

06 Ugunduzi wa Nafasi: Visimbaji na Gia Mbili vya Sumaku Hubadilisha Pembe za Kugeuka Moja kuwa Usomaji wa Nafasi za Kugeuka Nyingi

Baada ya kuondoa PCBA, seti ya miundo midogo ya gia inaweza kuonekana upande wa nyuma. Hizi si gia kuu za kupunguza, lakini mifumo saidizi iliyoundwa kwa ajili ya kugundua pembe.

 

Mchoro 8: Eneo la gia na kisimbaji cha sumaku upande wa nyuma wa ubao wa kudhibiti

 

Mchoro 9: Mzunguko wa shimoni la kati huendesha gia mbili za pembeni zilizo karibu kuzunguka kwa usawa.

Kimuundo, mzunguko wa shimoni la kati huendesha gia mbili ndogo. Sehemu ya sumaku imewekwa katikati ya kila gia ndogo, ikiwa na IC za kisimbaji sumaku zilizowekwa kwenye nafasi zinazolingana upande wa nyuma wa PCBA. Visimbaji sumaku hupima tofauti za pembe za uwanja wa sumaku, na kuondoa hitaji la diski za wavu wa macho. Hustahimili uchafuzi mdogo wa mafuta na vumbi, na kuzifanya zifae zaidi kwa viungo vya roboti vilivyofungwa kikamilifu.

 

Mchoro 10: Muundo wa gia mbili na kisimbaji mbili huboresha ubora wa pembe na kuwezesha ugunduzi wa nafasi za kugeuka nyingi.

Kinachojitokeza zaidi hapa ni usanidi wa "gia mbili + kisimbaji sumaku mbili". Thamani yake inaenda mbali zaidi ya kuongeza tu kitambuzi cha pili kwa usahihi wa hali ya juu; kuna uwezekano mkubwa imeundwa ili kutekeleza mpango wa usimbaji wa nafasi kamili wa zamu nyingi:

Kisimbaji kimoja cha sumaku hupima kwa usahihi pembe ndani ya 0–360°;

lakini kiungo kinaweza kuzungusha mizunguko mingi, na kisimbaji cha zamu moja hakiwezi kubaini idadi ya mizunguko peke yake;

Ikiwa gia hizo mbili zina idadi tofauti ya meno au uwiano wa gia, huunda uwiano unaofanana na vernier;

Kwa kuchanganya usomaji huo wa pembe mbili, kidhibiti huhesabu nafasi kamili katika masafa mapana zaidi.

Muundo huu hutoa thamani kubwa kwa roboti zinazofanana na binadamu. Baada ya kuzima, miguu, mikono au viungo vya kiuno vinaweza kuhamishwa na nguvu za nje. Baada ya kuwashwa upya, viungo vinavyohitaji mienendo mikubwa ya kurudi nyuma hupata ufanisi mdogo na kusababisha hatari za usalama. Utambuzi wa nafasi kamili wa kugeuka mara nyingi huruhusu viungo kupata data ya mkao mara tu nguvu inaporejeshwa.