Automatyka i robotyka w dużym stopniu zależą od silników i powiązanych z nimi układów sterowania i sterowników. Te złożone półprzewodniki wykraczają poza podstawowe możliwości sterowania ruchem, obsługują zaawansowane algorytmy i ściśle dostosowują działanie systemu w oparciu o priorytety silnika, obciążenia i ogólnej wydajności.
Jednak ustawienie tych złożonych układów scalonych i ocena potencjalnej wydajności systemu na podstawie samej specyfikacji lub symulacji jest wyzwaniem. Proces ten może być długotrwały i kosztowny, a także może powodować niepewność po wdrożeniu. Najlepszym sposobem na osiągnięcie tego jest użycie płytki ewaluacyjnej, która umożliwia równoległe projektowanie systemu, układ i rozwój oprogramowania.
W artykule skupiono się na niektórych wyzwaniach stojących przed projektantami podczas korzystania z układów scalonych do sterowania ruchem oraz na roli płytek ewaluacyjnych w stawianiu czoła tym wyzwaniom. Następnie zaprezentowano typowy układ scalony i powiązane płytki ewaluacyjne firmy Analog Devices, co skraca czas wprowadzenia produktu na rynek, umożliwiając wczesną, realistyczną ocenę, jednocześnie zmniejszając niepewność dotyczącą sprzętu i oprogramowania.
Przegląd wymagań dla układów scalonych sterowania ruchem
Układ scalony sterowania ruchem zapewnia inteligencję niezbędną do sterowania silnikiem i jego wewnętrznymi urządzeniami zasilającymi, takimi jak tranzystory MOSFET sterujące uzwojeniami silnika. Zarówno silniki, jak i tranzystory MOSFET wymagają starannego zarządzania w celu osiągnięcia optymalnej wydajności, trajektorii, krzywych ruchu i wydajności w statycznych i dynamicznych trybach pracy oraz warunkach obciążenia, a także w celu obsługi zakłóceń, stanów przejściowych i usterek.
Aby pomóc stawić czoła tym wyzwaniom, dostawca układów scalonych sterownika zapewnia płytkę ewaluacyjną. Te płytki ewaluacyjne upraszczają konfigurację, optymalizację i ocenę wydajności sprzętu i oprogramowania, przeprowadzając testy sprzętu w pętli (HITL) w rzeczywistych warunkach silnika i rzeczywistego obciążenia. Zapewniają również, że fizyczny układ układu scalonego i otaczających go obwodów jest prawidłowo ustalony pod względem dystrybucji mocy, efektów pasożytniczych, połączeń i formatów we/wy, złączy fizycznych itp. Projektanci mogą używać tych płytek ewaluacyjnych (jako płytek średniej wielkości, podstawowych tablic rozdzielczych (BOB) lub rozwiązań modułowych) do oceny różnych ustawień, konfiguracji i opcji w celu określenia najbardziej odpowiedniego rozwiązania dla danego zastosowania.
Układ scalony sterowania silnikiem i powiązane płytki ewaluacyjne
Dobrym przykładem układu scalonego do sterowania silnikiem jest układ TMC5130A-TA-T z serii Analog Devices TMC5130. Jest to wysokowydajny sterownik i sterownik silnika krokowego z interfejsem komunikacji szeregowej i zawiera elastyczny generator rampy do automatycznej lokalizacji celu.
Napęd wykorzystuje zaawansowany algorytm StealtChopping, aby zapewnić praktycznie bezgłośną pracę, maksymalną wydajność i optymalny moment obrotowy silnika. TMC5130 zapewnia szereg unikalnych ulepszeń dzięki integracji sterownika i kontrolera w systemie chipowym (SoC). Na przykład generator rampy SixPoint w TMC5130 wykorzystuje funkcje DcStep, CoolStep i StallGuard2 do automatycznej optymalizacji każdego ruchu silnika.
Aby pomóc projektantom w rozpoczęciu korzystania z TMC5130, system płytek ewaluacyjnych TMC5130-EVAL (rysunek 1) zapewnia wygodną platformę sprzętową i przyjazne dla użytkownika narzędzia oprogramowania ewaluacyjnego. System płytki ewaluacyjnej składa się z trzech części: mostka łączącego płytę bazową (po lewej) łączącego komputer, płytki złącza (w środku) zawierającej wiele punktów testowych oraz płytki TMC5130-EVAL (po prawej).
Obraz płytki ewaluacyjnej urządzeń analogowych TMC5130-EVAL (po prawej) i obciążenia silnika (po prawej) (kliknij, aby powiększyć)
Rysunek 1: Płytka ewaluacyjna TMC5130-EVAL (prawa strona) i obciążenie silnika (skrajna prawa strona) są konfigurowane za pomocą mostka USB na płycie głównej (lewa strona) podłączonego do komputera PC i płytki złącza z punktami testowymi (w środku). Źródło obrazu: urządzenia analogowe)
Projektantom pragnącym opracować więcej własnych obwodów wokół jądra opartego na TMC5130 firma Analog Devices oferuje panele krosowe TMC5130A-BOB (rysunek 2, góra). Płyta ta zapewnia podstawowe połączenia wymagane do działania i jest sterowana poprzez interfejs SPI. Schemat ideowy (rys. 2 poniżej) przedstawia najprostszy obwód zapewniany przez funkcję TMC5130 IC.
Zdjęcie i schemat urządzeń analogowych TMC5130A-BOB (kliknij, aby powiększyć)
Rysunek 2: TMC5130A-BOB (górny) zapewnia podstawową metodę oceny z punktami połączeń wzdłuż ich krawędzi, a nie dyskretnymi złączami; Schemat ideowy (poniżej) przedstawia najprostszy obwód wymagany do działania układu scalonego TMC5130. Źródło obrazu: urządzenia analogowe)
Zestaw ewaluacyjny TMC5240-EVAL jest zbudowany na sprawdzonej platformie TMC5130-EVAL, aby uprościć ocenę silników krokowych nowej generacji. Integruje mostek 36 VH, nieniszczące wykrywanie prądu i zaawansowane funkcje sterowania ruchem, w tym generator rampy zoptymalizowany pod kątem Jerk i wyjątkowo cichą pracę StealtChop2 ™, umożliwiając szybszy rozruch, łatwiejsze oddanie do eksploatacji i skuteczniejszą weryfikację płynnej i dokładnej pracy silnika.