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從TRINAMIC電機控製技術看發展趨勢

發布時間：2021-04-22 責任編輯：lina

【導讀】隨著物聯網(IoT)、人工智能(AI)、雲計算的迅速發展,要求生產線更加智能化、靈活可配置,以滿足複雜多變的生產需求。工業智能製造與IoT、AI、可配置IO以及雲計算有序地融合,推動了自動化行業的變革。

TRINAMIC的設計理念是盡可能將針對電機的運動控製硬件化,有效縮短開發周期,減少產品設計BOM(物料清單),縮短產品投放時間。

隨著物聯網(IoT)、人工智能(AI)、雲計算的迅速發展,要求生產線更加智能化、靈活可配置,以滿足複雜多變的生產需求。工業智能製造與IoT、AI、可配置IO以及雲計算有序地融合,推動了自動化行業的變革。

在2021國際電機驅動與控製技術論壇上,TRINAMIC資深應用工程師高偉表示:“在工廠自動化當中,按照不同功能,智能製造可分為執行層、控製層、工廠控製層和管理層四個層次。其中執行層包含傳感器、執行器等,是整個控製係統的神經末梢。因此,如何將智能製造延伸至執行層對整個自動化係統有著重要意義。”

TRINAMIC提供方案齊全的智能工業自動化執行端解決方案,包括底層的電機驅動(集成功率管或者功率管外擴)、閉環算法FOC、運動軌跡規劃,以及IO-Link和實時工業以太網。TRINAMIC的設計理念是盡可能將針對電機的運動控製硬件化,有效縮短開發周期,減少產品設計BOM(物料清單),縮短產品投放時間。

從TRINAMIC電機控製技術看發展趨勢

圖:TRINAMIC 產品種類

電機驅動與控製作為運動控製係統的一個環節,在智能製造領域起到關鍵作用。5G、人工智能、雲計算和物聯網等技術的發展讓智能製造市場對電機有了更加嚴格、更加複雜多樣的要求,電機及其控製技術朝著高能效、低功耗、智能化、安全可靠的方向迅猛發展。

“設計一套好的運動控製軌跡曲線,相當於完美的運動控製完成了一半。”高偉表示運動控製曲線直接決定了電機運動的實際效果。電機的運動軌跡曲線包括梯形曲線和S型曲線。相較於梯形曲線,S型曲線更加平穩,克服了前者加速度突變的不利因素,能夠更有效地減小衝擊。TRINAMIC將傳統軟件算法通過硬件來實現,從而節省CPU的負擔,讓原本結構複雜的S型曲線變得易於實現,減輕了生產研發的工作量。

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圖:S型電機運動軌跡曲線

TRINAMIC擁有Stealthchop和Coolstep兩大技術專利,讓步進電機運行更加平穩,更加節能高效。在低速大扭矩應用中,步進電機擁有比其他電機更大的優勢。在沒有反饋裝置的情況下,步進電機仍可以實現速度控製和定位控製,具有剛性好、性價比高等優點,在生產線傳輸、雕刻、紡織、安防、醫療等領域應用廣泛。但是傳統步進電機驅動方案存在發熱高、噪聲大、共振強等缺點,無法滿足高端應用。

TRINAMIC通過對電機電流自調整控製,使步進電機在低速情況下,將噪音控製在10分貝以內,消除電機抖動。通過電流自適應負載控製使電流在不需要主控製幹預的情況下自動完成調節,避免電機出現丟步,減少發熱。

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圖:電流自適應負載控製

在高速場合,BLDC(無刷直流電機)和PMSM(永磁同步電動機)等伺服電機更具優勢。FOC(磁場定向控製)是目前伺服控製當中效率最高的控製方式。TRINAMIC基於硬件的空間磁場矢量控製能夠精確地控製磁場大小與方向,使得電機轉矩平穩、噪聲小、響應迅速,提高了電機效率和精度。TRINAMIC控製芯片能夠將複雜的算法從MCU裏解放出來,減輕處理器對實時計算的負擔。

除了步進電機與伺服電機驅動和控製技術,TRINAMIC將雙向通訊IO-Link與電動執行器相結合,進一步滿足了智能製造邊緣化的發展需求。

IO-Link定義了標準的接口、線纜和協議,基於強大的三線傳感器和執行器連接的點對點通信,能夠從控製層直接訪問傳感器狀態信息。TRINAMIC智能執行器係統提供了輕便小巧,低功耗的一體機解決方案,集成了可編程的傳感器和可編程的執行器功能,可以自主完成智能控製,減少與主控製器的通訊頻率,降低係統故障率。

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圖:支持IO-Link的TRINAMIC電機係統

從TRINAMIC電機驅動與控製技術方案中,我們不難看出,日益增長的市場需求要求電機控製更加智能化。融合先進新興產業,電機控製將更加精準可靠,數據處理能力更加強大。智能製造的發展正朝著邊緣化方向演變,以加速推動工廠生產的自動、智能、高效。

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