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做产品没有这几项技术,工程师的设计绝对不完美

字号+ 来源:电子发烧友网 2017-04-21 19:47 我要评论

在人类生活环境中,由于各方面的自动化趋势引发了运动控制系统爆炸式增长,小型电机变得无处不在。面对越来越复杂的运动系统,产品开发人员很难做一个面面俱到的专家,由此也

在人类生活环境中,由于各方面的自动化趋势引发了运动控制系统爆炸式增长,小型电机变得无处不在。面对越来越复杂的运动系统,产品开发人员很难做一个面面俱到的专家,由此也给设计者带来一道鸿沟。

作为全球领先的步进电机及运动控制供应商TRINAMIC ,一直深耕运动控制系统的研究,可以为产品提供低功耗、低噪音、紧凑的多轴设计,依托强大IC驱动器功能,可实时通信、伺服控制等等。为此,电子发烧友网执行副主编Duke采访了TRINAMIC创始人兼首席执行官Michael Randt。

TRINAMIC创始人兼首席执行官Michael Randt

TRINAMIC创始人兼首席执行官Michael Randt表示,“现今的开发工程师都面临愈来愈大的压力,产品开发周期要缩短,同时新产品推向市场要更快速。为此,我们特意开发了一新系列的驱动器,帮助他们缩短开发时间,简化开发过程。”

依托stealthChop™技术,有效消除噪音

在电机低速运行时会产生一种磁致伸缩现象,并出现一种人耳可听见的高音调噪声,严重影响产品的体验度。对此,Michael 表示,基于电流反馈,芯片采用电压载波调制使得电流波最小化,可以使产品噪音在10dB以下水平,远低于传统的电流控制。这种方式改进了电压模式并将其与电流控制相结合,让系统自主适应电机和工作电压。


据透露,这样的控制方式配备了stealthChop™的电机驱动器,将最低功耗与电流波形结合在一起,使其接近模拟信号,节省了额外费用。



Michael 指出,基于这样的特性,可以在诸如3D打印、桌面制造设备和个人医疗设备等不可接受噪声的场景中应用。其实这样异常安静的电机控制,配备了高分辨率DAC,允许每全步最多256个微步,从而实现最平稳和最安静的操作和定位,从最简单的使用步骤和方向驱动,到完全功能化的cDrivers等大量组建都已经配合了stealthChop™。


由于stealthChop™技术在3D打印中被广泛应用,因此很多组件的设计也与现有3D打印机电子设备兼容,省去了重新设计所产生的昂贵费用。

比如,TRINAMIC最近推出的TMC2208-LA和TMC2224-LA,内含集成的MOSFET和优化的功率控制器,可实现最高均值1.2A、无噪音、正弦波的相电流控制。这两个组件的设计皆以易于应用为目的。TMC2208-LA是最容易使用的单片步进电机驱动器之一,输出电流高达1.2A(均值),配备了stealthChop™和256微步/全步的分辨率,可实现完全无噪声操作。

驱动IC设计,优化3D打印缺陷

在技术的生命周期中,电子爱好者的热情和大众市场之间总是存在一条鸿沟。在cDriver 微系统上,开发了一系列的产品能够将这两者无缝桥接,而且能让后续系列的开发变得更加容易。


考虑到产品设计时对工程师来说时间是非常紧凑的。Michael 谈到,TRINAMIC产品集成驱动器能以最小的开销获得高性能运动系统,驱动IC设计极为紧凑,性价比高。

因为3D打印的核心是运动控制系统,而当前基于TRINAMIC产品能控制4个以上的电机,与当前市场主流相比,优化了一些小的缺陷,并通过创新参考设计和参考代码很好的进行解决。


另外,打印质量很大程度取决于驱动器的精度,通过微步进行操作和精确的电流调节,就算不用改变机械,也能让步进电机的精度得到显著提高。

由于分辨率增加使得计算负荷也不成比例地增加,因此对软件提出了更高的要求,同时还增加了软件开发的效率和复杂性。Michael 表示,通过cDriver 步进电机驱动器提供集成的专用运动控制硬件解决了这些问题,这些组件减轻了处理器实时关键人物的斜坡技术和步进脉冲,让电动机控制更顺畅、分辨率更高,同时缩短开发时间。

伴随着3D打印已经逐渐开始进入消费类市场,因此成本变得非常敏感,成本组件、开关、控制电子器件到必要的布线,推动总成本增加。可提供功能集成减少BOM,利用电机本身作为传感器能取代开关,使得精度更高,同时也提高了可靠性。

为嵌入式伺服控制领域,提供精确定位

在过去十年中,伺服电机已经从主要的有刷类型发展到电子换向无刷电机,而大多的高性能伺服器通常配有磁场定向控制,使用高分辨位置优化电机转矩。当发生不可预估的情况或中断从而需要精确定位时,伺服控制总能体现其优势,这尤其适用于机器人等对电驱动器有较高定位要求的应用。


那么完美的控制究竟是怎样的?Michael谈到,当电机控制技术成为人体的一部分时,对元件尺寸和控制系统可靠性的要求会大大地增加。TRINAMIC先进的微系统可转化物理运动中的数码信息,开放源代码的参考设计降低了设计风险并加快开发过程。而且TRINAMIC已经获得了ISO9001质量保证体系和ISO13485医疗器材质量管理系统认证,其产品能应用于医疗领域,充分说明了其产品的精准性和可靠性。

另外,TRINAMIC提供EtherCAT技术,这是一种高性能、低成本、且易于使用的工业以太网技术,具有灵活的拓扑结构,是目前最快的工业以太网技术,也能与纳秒精度同步。EtherCAT处理帧的独特方式使其成为最快的工业以太网技术,没有技术可以超越他的带宽利用率或相应性能。


此外,EtherCAT网络能支持多大65535个设备,而不对其拓扑结构进行限制:线路、总线、树状、星形或其任意组合,包含了步进和方向输出,可控制步进电机及硬件磁场定位控制器。

世健系统(香港)有限公司产品市场部副总监郑舒达指出,“世健早在2011年便已经与TRINAMIC公司签订了代理协议,双方多年来一直保持着紧密而友好的合作关系。作为一家致力于步进电机及运动控制领域研发和生产的德国公司,TRINAMIC具备了德国人严谨的态度和精益求精的做事风格。TRINAMIC在产品上的专注以及产品的优越性能已经为其赢得了源源不断的客户,积累了良好的声誉。其产品稳定、精准和可靠等卓越性能得到了市场的普遍认可,并在多个领域得以应用。”

“目前双方已经在中国的3D打印机、安防和医疗等市场领域创造了不错的成绩 ,未来我们相信与TRINAMIC携手定能开拓更多不同的市场。”

TRINAMIC依托于几十年的丰富经验提供的产品代表着“精准、可靠和高效”,受到了多家全球最具前瞻性的公司青睐。不仅仅是因为其优越的产品性能,更是因为专注于运动控制并积累了深厚的应用知识和经验,能帮助用户在其特定领域更快地实现创新。

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