【導(dǎo)讀】在早期,物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 在很大程度上充當(dāng)了云端服務(wù)的“眼睛和耳朵”,收集傳感器、攝像頭和其他物理世界輸入設(shè)備的數(shù)據(jù),而不太注重操縱或控制它所監(jiān)視的事物。支持物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化和機(jī)器人應(yīng)用已經(jīng)開始合并,但是一般而言,它們的成本使它們只能用于高端工業(yè)和商業(yè)市場(chǎng)。然而,最近,嵌入式運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備已經(jīng)開始使智能、安全、低成本的電動(dòng)產(chǎn)品的開發(fā)成為可能,這些產(chǎn)品與物聯(lián)網(wǎng)的眼睛和耳朵有著同樣強(qiáng)大的關(guān)節(jié)和手指。
什么是嵌入式運(yùn)動(dòng)控制?
“嵌入式運(yùn)動(dòng)控制”這個(gè)術(shù)語指的是在一個(gè)設(shè)備中包含精確電機(jī)控制、高性能計(jì)算的高度集成設(shè)備,而且通常還包含通信功能。它是嵌入式計(jì)算發(fā)展的下一個(gè)階段,嵌入式計(jì)算始于二十世紀(jì)七十年代,當(dāng)時(shí),低成本單芯片微控制器的問世使得智能可以嵌入到一切事物中,包括微波爐、兒童玩具、收銀機(jī)和醫(yī)療器械?,F(xiàn)代汽車享有的大部分效率增益都是由嵌入式計(jì)算實(shí)現(xiàn)的。
大約二十年后,互聯(lián)網(wǎng)、無線數(shù)據(jù)和更高水平的硅集成的興起將嵌入式連接引入日常物品中,如體重秤、健康監(jiān)視器和家庭娛樂設(shè)備。嵌入式連接還應(yīng)用到了部分機(jī)動(dòng)消費(fèi)產(chǎn)品中,例如Roomba 清潔機(jī)器人。不幸的是,彼此分離的微控制器 (MCU)、電機(jī)控制器和模擬電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件的成本高昂,且開發(fā)電機(jī)控制軟件十分復(fù)雜,這意味著聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)只能主要用于制造自動(dòng)化和其他工業(yè)應(yīng)用。
由于集成程度的不斷加深,運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)組件的成本和數(shù)量降低至只需要通用微程序控制器和少量模擬組件即可實(shí)現(xiàn)完整解決方案的程度(圖 1)。
【圖 1:帶外部微程序控制器的集成電機(jī)控制解決方案。在軟件中進(jìn)一步集成運(yùn)動(dòng)控制要求不僅可以實(shí)現(xiàn)更小的電子器件,還能將需要大量實(shí)時(shí)運(yùn)算的工作從MCU解放出來?!?/div>
最近,嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)問世,它將這些功能與強(qiáng)大的微程序控制器集成(圖 2)。在大部分情況下,片上處理器有足夠的計(jì)算能力支持精確控制一個(gè)或多個(gè)電機(jī)所需的復(fù)雜算法。在許多情況下,這些設(shè)備還包括以太網(wǎng)、控制器局域網(wǎng)路(CAN) 總線或其他用于物聯(lián)網(wǎng)通信的接口。對(duì)于功率較低的應(yīng)用,甚至可以在單個(gè)封裝中包含驅(qū)動(dòng)中等規(guī)模步進(jìn)器、無刷 PMM (BLDC/BLAC) 或其他類型電機(jī)所需的最終輸出級(jí)。還可以對(duì)微程序控制器進(jìn)行編程,以驅(qū)動(dòng)其他類型的運(yùn)動(dòng)發(fā)生設(shè)備,如直線驅(qū)動(dòng)器和音圈。
【圖 2:嵌入式運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備在一個(gè)封裝內(nèi)集成了高性能嵌入式處理、功能和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路一單個(gè)器件內(nèi)。許多嵌入式控制器還包含能用于實(shí)施分布式控制系統(tǒng)和支持物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的通信功能?!?/div>
為了加速開發(fā),這些控制器通常有開源庫支持,開源庫為設(shè)計(jì)人員提供了可以通過標(biāo)準(zhǔn)API 調(diào)用的豐富功能集。這些庫通常包含幾個(gè)常用電機(jī)控制模式(轉(zhuǎn)矩、速率和位置)的算法,還包括扭矩控制,即磁場(chǎng)定向控制 (FOC) 以及運(yùn)動(dòng)模式(位置、速率和扭矩)的算法。
應(yīng)用
1 醫(yī)療產(chǎn)品
醫(yī)療器械是嵌入式運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)正在改變產(chǎn)品功能和安全性預(yù)期的首要市場(chǎng)之一。例如,輸液泵必須為患者提供精確測(cè)量的穩(wěn)定藥液流。帶物聯(lián)網(wǎng)功能的嵌入式控制器支持在患者床邊或通過集中管理的應(yīng)用程序?qū)@些泵進(jìn)行編程和監(jiān)控。同樣,可穿戴胰島素泵和其他個(gè)人給藥設(shè)備中使用的支持物聯(lián)網(wǎng)的控制器能夠在支持自主運(yùn)行的同時(shí)將患者的健康指標(biāo)實(shí)時(shí)提供給云端的分析應(yīng)用程序。
【圖 3:嵌入式運(yùn)用控制技術(shù)將為個(gè)人醫(yī)療設(shè)備帶來更高的準(zhǔn)確性、便利性和安全性?!?/div>
2 工業(yè)產(chǎn)品
工業(yè)自動(dòng)化在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的早期就已獲益。低成本、緊湊的電機(jī)控制器可以安裝在附近,甚至內(nèi)置在電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器。每個(gè)模塊的嵌入式控制器在本地執(zhí)行大多數(shù)基本的運(yùn)動(dòng)控制功能,創(chuàng)建一個(gè)分布式控制體系結(jié)構(gòu),使智能接近于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)的位置。這一特點(diǎn)和控制器監(jiān)控和記錄電機(jī)生命跡象的能力能夠讓嵌入式電機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)能力更強(qiáng),同時(shí)以更低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)更高的速度和準(zhǔn)確性。
嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器還能實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的機(jī)械的運(yùn)行狀況,提高它們應(yīng)對(duì)故障或警報(bào)條件的速度,在部分情況下,還能預(yù)測(cè)問題,以免造成產(chǎn)品缺陷或成本高昂的宕機(jī)。簡(jiǎn)單地說,這包括持續(xù)跟蹤每個(gè)組件移動(dòng)的次數(shù)并將其與計(jì)劃對(duì)照,以確定是否進(jìn)行調(diào)整、更換零件和其他例行維護(hù)。此技術(shù)可以與從電機(jī)中收集的信息相結(jié)合,查找機(jī)器某些部位過度摩擦的早期跡象,這些過度摩擦可能很快就會(huì)引起更加嚴(yán)重、代價(jià)更高的問題。
在這些應(yīng)用中,控制器的嵌入式通信功能支持通過本地應(yīng)用程序服務(wù)器跨局域網(wǎng)或通過云端應(yīng)用程序跨工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)輕松監(jiān)視和控制機(jī)器。
3 消費(fèi)產(chǎn)品
高度的硅集成及其帶來的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制組件的成本降低正在促使這一技術(shù)走入越來越多的消費(fèi)品市場(chǎng)新應(yīng)用中。
部分示例如下:
● 高性能的智能電動(dòng)自行車和電動(dòng)踏板車,它們更加經(jīng)濟(jì)且能使用控制器將輸出驅(qū)動(dòng)波與電機(jī)和所承受負(fù)載細(xì)致匹配從而更好地利用電池。
● 物聯(lián)網(wǎng)連接的智能家居,其特點(diǎn)是可以有效地遠(yuǎn)程控制活動(dòng)通風(fēng)孔、百葉窗、監(jiān)控?cái)z像機(jī)和電器。
● 配備了智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的3D 打印機(jī),驅(qū)動(dòng)器使用復(fù)雜的波形算法提供更快的速度和更高的打印準(zhǔn)確性,同時(shí)動(dòng)態(tài)降低產(chǎn)生的噪音。
● 個(gè)人機(jī)器人,其硬件外圍設(shè)備中嵌入了時(shí)序要求嚴(yán)格的功能,使得處理器可以供 AI 和用戶界面使用。
結(jié)論
嵌入式運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)正在使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的過程變得比以往更加簡(jiǎn)單、更加具有成本效益。在此過程中,它能幫助現(xiàn)有產(chǎn)品變得更好,讓新類別的產(chǎn)品成為可能。
來源:TRINAMIC電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),作者:Corné Bekkers
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無死角,LED驅(qū)動(dòng)的全面進(jìn)化
- 開關(guān)模式電源問題分析及其糾正措施:晶體管時(shí)序和自舉電容問題
- 熱電偶的測(cè)溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
SPANSION
SRAM
SSD
ST
ST-ERICSSON
Sunlord
SynQor
s端子線
Taiyo Yuden
TDK-EPC
TD-SCDMA功放
TD-SCDMA基帶
TE
Tektronix
Thunderbolt
TI
TOREX
TTI
TVS
UPS電源
USB3.0
USB 3.0主控芯片
USB傳輸速度
usb存儲(chǔ)器
USB連接器
VGA連接器
Vishay
WCDMA功放
WCDMA基帶
Wi-Fi
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線檢測(cè) 芯片查詢 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無線通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉