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로봇 제어를 위해 구동기가 통합된 전력 소자 기판을 사용하여 모터 관리

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글/Digi-Key’s North American Editors 제공

동영상 소스의 입력, 기타 센서, 프로젝트 목표, 다른 응용 분야 정보 등을 기반으로 로봇 팔의 다음 작동 궤적 및 위치를 결정했다. 이제 한 가지 문제만 남았습니다. 즉, 원하는 대상 위치를 특정 명령으로 변환하여 필요한 가속, 속도 및 감속으로 팔의 모터를 구동함으로써 오버슈트나 전기적 문제(기계적 장애물이 있는 경우) 없이 종단점에 부드럽게 도달하게 한다.

시스템 프로세서에서 보내는 낮은 수준의 디지털 신호를 모터 자체에 대한 구체적이고 세부적인 지침으로 변환하려면 다각적인 작업이 필요하다. 또한 이러한 디지털 신호는 모터에 일반적으로 필요한 높은 전압 및 전류를 생성하지 않는다. 따라서 지침과 실제 모터 제어 간에는 일련의 제어 및 변환 단계가 필요하다(그림 1).

이러한 중간 단계는 전체 작업을 호출하는 사용자 I/O(블록 1)(‘컵을 A에서 B로 옮긴 후 내용물 비움’)와 실제로 작업을 수행하는 모터(블록 6) 사이의 중요 경로이다. 5가지 범주가 정의되어 있다.

• 하나 이상의 모터에 대해 고급 목표를 특정 단계 변환하는 감시 회로 프로세서(예: ‘팔을 2인치 앞으로 움직이고 시계 방향으로 180。회전한 후 중지함’)(블록 2)

• 동작 제어 알고리즘 프로세서(블록 3). 이 프로세서는 원하는 동작 궤적 인자(예: 가속률과 시간 기간, 주행 속도, 감속률과 시간 기간, 종단점)와 관련하여 각 단계를 수행하는 방법을 정의한다. 그런 다음 이러한 세부 정보를 구현하기 위해 모터 코일을 구동하는 방법을 결정한 다. 특히, 작업을 상호 연결하여 단일 프로세서로 여러 모터에 대해 이 작업을 수행할 수 있다.

• (3)의 디지털 신호가 낮은 경우 MOSFET/IGBT를 켜고 끄는 데 필요한 전압과 전류를 제공하는 MOSFET/IGBT 구동기(블록 4)로 이동하세요. 이러한 구동기는 낮은 수준의 간편한 디지털 신호 환경과 어려운 고전력 관리 환경을 상호 연결하는 인터페이스이다. 전압, 전류, 슬루율 및 켜기/끄기 기간의 측면에서 MOSFET/IGBT에 필요하고 MOSFET/IGBT에서 발생할 수 있는 과도 상태 전환, 과열, 단선 등과 같은 일반적인 문제를 해결하는 고유한 구동 파라미터에 이러한 구동기를 연결해야 한다.

• 그러면 전력 스위치(MOSFET 또는 IGBT)는 모터에 필요한 전류/전압 레벨(블록 6)에서 모터 코일(블록 5)로 가는 전류 흐름을 제어한다. 대부분의 응용 분야에서는 모터에서 보내는 몇 가지 유형의 센서 피드백(홀 효과, 인코더, 리졸버)을 사용하여 프로세서에 모터 회전자의 실제 상황에 대해 알린다. 자속 기준 제어(FOC)와 같은 일부 알고리즘에서는 이 피드백이 필요하지 않지만 추가 연산 비용이 발생하고 정밀도가 감소될 수 있다.

모터와 응용 분야에 따라 전압은 한 자리, 두 자리 또는 그 이상일 수 있지만, 전류의 범위는 수백 밀리암페어에서 수십 암페어 사이에서 결정된다. MOSFET/IGBT 구동기를 MOSFET/IGBT 즉, 모터에 연결해야 한다.

스테퍼, 브러시리스 DC(BLDC), AC 유도 설계를 비롯하여 특성과 응용 분야가 고유한 다양한 유형의 모터가 사용되고 있다. 모터 유형과 최적 응용 분야에 대한 절대적인 지침은 없지만 스테퍼는 정교한 스톱앤스타트 동작이 요구되는 저전력 레벨에서 주로 사용되고, BLDC 모터는 특히, 지속적인 회전과 동작이 요구되는 저전력/중간 전력 범위에 적합하고, AC 유도 모터는 일반적으로 가장 저렴하지만 정밀도와 반복 성능이 낮다...(중략)