Canopen Servo Drive

high -パフォーマンスCanopen Servo Drive

産業プロセスの急速な発展により、より柔軟な自動化システムの需要も増加しています。これらの要件を満たすために、ますます多くの従来のソリューションが、インテリジェントなデバイスとフィールドバスに基づいた分散モーション制御システムに置き換えられています。 Tonghang Servo Drivesは、この需要を満たす製品の1つです。

分散型モーション制御システムに適したインテリジェントサーボドライブは、バス通信を提供し、高い-レベルの軸制御タスクを実行できる必要があります。バスの設計とモーション制御タスクの割り当ては、高-パフォーマンスモーション制御システムを構築するための鍵です。補間モーションコントロールプログラムは、ホストモーション制御システムを使用して、マルチ{-軸の軌跡を計算し、フィールドバスを介して各サーボドライブに軸位置設定値を送信します。一方、独立した軸アプリケーションは、サーボドライブ内の軸運動軌跡を計算し、ホストPLCはモーションシーケンスのみを提供します。バス通信は、Canopenプロトコルに基づいています。以下は、Tonghangサーボドライブの範囲内の完全なモーション制御システムの設計です。

デジタル信号処理（DSP）テクノロジーの開発により、サーボドライブ内で多くの複雑な制御タスクを完了することができ、サーボドライブはますますインテリジェントになりつつあります。同時に、産業制御分野でますます成熟したFieldbus通信技術により、分散制御システムに基づいて柔軟でモジュラー制御設計を実装することが可能になりました。

ホストコントローラー（PLCまたはモーションコントローラー）とサーボドライブ間の通信は、Canopen標準に基づいています。このソリューションは、High {-パフォーマンスモジュラー形式での複雑なMulti -軸制御アプリケーションの作成を容易にします。バス通信は、ハードウェアの変更の必要性を排除します。既存の制御システムは、パラメーターを再構成するだけで、新製品の実装に適合させることができます。制御システムに大きな変更を必要とせずに、プロセスを制御コンポーネント（サーボドライブ、I/Oモジュールなど）を追加または削除することで変更できます。このソリューションの柔軟性は、産業自動化における競争力のあるポジションを維持するための重要な利点です。これにより、デバイスの変更とアップグレードを簡単に使用でき、製品とテクノロジーのライフサイクルを短縮します。デジタル電流、速度、およびサーボループをサーボドライブに統合すると、サーボのパフォーマンスが大幅に向上します。補間または独立した軸の軌跡であろうと、バス通信パラメーターと制御タスクの割り当ては、最終的なモーション制御アプリケーションに知られている必要があります。

モーションコントロールアーキテクチャ

分散制御アーキテクチャでは、アプリケーションと制御プロセスは、ホストPLCまたはモーションコントローラーでまだ定義されています。ただし、サーボドライブは、ソフトウェアやハードウェアの制限監視、モーターブレーキモード制御、機械の試運転中の低-速度操作の安全性など、モーションコントロールの責任を引き受けます。軌道ジェネレーターは、エンドアプリケーションを介してサーボドライブに統合することもできます。これにより、補間された軸アプリケーションとスタンドアロンのアプリケーションがさらに区別されます。

多くのロボットと工作機械には、補間されたモーション制御が必要です（軸のサブセットは継続的に調整できる必要があります）。このソリューションでは、軸間の調整を維持するために、軸の軌跡を同じ高-頻度プロセッサによって計算する必要があります。

マルチ{-軸補間に適した分散モーションコントロールアーキテクチャは、ポジション、速度、電力変換を伴う電流ループを含む完全なサーボ制御タスクを実行できるサーボドライブの知能に基づいています。ホストモーションコントローラーは、マルチ-軸の軌跡計算を実行し、一連のバス通信を介して各サーボドライブにデジタル位置セットポイント信号を送信します。キュービック補間は、サーボドライブの2つの隣接するセットポイントから派生したサーボループサンプリング期間内にプロファイルを生成するために使用されます。この手法は、スムーズなモーションコントロールを維持しながら、ホストコントローラー（セットポイント生成周波数）が使用するリソースを大幅に削減します。これにより、特定のバスの性能内で多数の軸を制御できます。

自動化フィールドのほとんどのモーション制御システムは、軸間の補間を許可しません（軸の軌跡に依存しません）。このアプローチは、集中軌道計算の必要性を排除し、各サーボドライブに配布できるようにします。

ホストPLCコントローラーは、アプリケーションシーケンス制御の提供に適した-です。このソリューションは、高い-パフォーマンスモーションコントロールを提供するインテリジェントサーボドライブに基づいており、PLC環境に完全に統合されています。したがって、高-レベルモーション制御パラメーターは、IEC1131-3標準プログラミング言語で使用できます。

コミュニケーションのキャノペン

フィールドバスは、同期、更新レート、通信パラメーターなど、重要なコンポーネントと重要な機能であり、システム全体のパフォーマンスを決定します。缶は、高速、安定性、低コストで選ばれました。伝送速度は40 m以内に1 m/sに達し、距離が増加すると減少します。缶バスファミリーは、自動化と産業用自動化で広く使用されており、ハードウェアの設置コストが削減されます。 CANは、一般的なバスでの優先順位付けされたメッセージブロードキャストに基づいています。同期と非同期の転送モデルを区別できます。非同期メッセージはサーボドライブパラメーター設定に焦点を合わせ、同期メッセージはモーション制御と軸追跡調整に焦点を当てています。

特にサーボドライブアプリケーション用に、Canopen DS40が実装されています。 「概要位置」モデルは、スタンドアロン軸追跡アプリケーションに適した-です。このソリューションでは、ターゲット位置は、ホストPLCによってバスを介して送信されます。コントローラーはポジションデータをサーボドライブに送信し、軌道調整を計算し、位置決めを完了します。

「補間された位置」モデルは、軸方向のアプリケーションの補間に使用されます。このソリューションでは、Inter -軸調整を維持するには、Multi -軸軌道発電機によって計算された位置設定値を、モーションコントローラーとサーボドライブの間に高い周波数で転送する必要があります。これにより、以前のアプリケーションと比較してバスリソースの使用が増加します。さらに、同期の不整合は、コントロールパスの精度を大幅に分解します。同期の不整合は、メインモーションコントローラーとサーボドライブ間のサンプリング時間の違いから生じます。バスの送信の遅延によって引き起こされる振動は、同期の不整合を引き起こす可能性もあります。特に高い動的性能が必要な場合、サーボドライブで位置設定点が2回取得される場合、ゼロ-速度参照信号は1つのサンプリング期間を超え、サーボモーターを強く刺激します。バスの振動は、一定の速度動作中にサーボモーターにも影響を与える可能性があります。この問題に対処するには、サーボドライブで強制同期コマンドを実行する必要があります。サーボループエラーを正確に計算するには、モーターの位置と速度測定に注意する必要があります。強制サーボの改善は、サーボドライブ内に実装されています。

サーボドライブのデザイン

サーボドライブ制御セクションは、モーター電流センシング、モーター位置取得、およびパワーステージに適したPWMパルスジェネレーターを含む単一の-チップモータープロセッサ（ADMC401）で構成されています。このデザインは、最小限のコンポーネントを備えた統合サーボドライブで最高のパフォーマンスをもたらします。

カスケード制御システムは、高{-パフォーマンスサーボドライブに最も適しています。内部電流制御ループはモータートルクを制御します。外速度と位置制御ループの動的性能は、内部電流ループのパフォーマンスに直接依存します。可能な限り短いモーター電流応答時間を達成し、サーボモーターの最大速度範囲を満たすには、外部電力コンバーターの電圧範囲を最大化する必要があります。現在のコントローラーは、ローター参照フレームのスペースベクトルモデリング（SVM）テクノロジーに基づいています。 SVMクラス関数には、3番目の-パーティーモデムが組み込まれています。これにより、SVMクラスは、従来の対称三角形モデル. 15％）よりもサーボモーターの高速範囲（1000ミリ秒以上）を達成できます。

カスケード制御システムは、高{-パフォーマンスサーボドライブに最適です。内部電流制御ループはモータートルクを制御します。外速度と位置制御ループの動的性能は、内部電流ループのパフォーマンスに直接依存します。可能な限り短いモーター電流応答時間を達成し、サーボモーターの最大速度範囲を満たすには、外部電力コンバーターの電圧範囲を最大化する必要があります。現在のコントローラーは、ローター参照フレームのスペースベクトルモデリング（SVM）テクノロジーに基づいています。 SVMクラス関数には、3番目の-パーティーモデムが組み込まれています。これにより、SVMクラスは、従来の対称トライアングルモデル. 15％）よりもサーボモーターの高速範囲（1000 Hz以上）を達成できます。

機械的負荷パラメーターに基づいて速度と位置のサーボループチューニングを最適化することは、安定した高速応答を実現するために不可欠です。ポジションサーボコントローラーの設計は、多項式コントロールアーキテクチャとポールの位置追跡に基づいています。多項式コントロールアーキテクチャは主要なコントローラーアーキテクチャであり、パラメーターチューニングに適した-です。

多項式制御アーキテクチャ内では、サーボドライブアプリケーション内でサーボループフィードバックを簡単に編集できます。サーボループ応答は、軸の位置決めアプリケーション用に最適化されており、迅速かつ正確なターゲット位置の到着が必要です。サーボループ応答は、エンベロープアプリケーション用に最適化されており、軸変位中にゼロに近い位置エラーが必要です。以前のチューニングの取り組みと比較して、コントローラーのHFW転送機能を単純に変更するだけで、新しい要件を満たすことができます。

モーター位置測定は、ソフトウェアリゾルバー-から-デジタル変換（RDC）を使用したリゾルバーフィードバックから派生します。リゾルバーの正弦およびコサインフィードバック信号は、ADMC 401 12-ビットデジタル-から-アナログコンバーター（ADC）チャネルに供給されます。滑らかなモーターの動きのために、外部16ビットADCを追加して位置ソリューションを強化できます。

結論

キャノペンバス通信に基づくモーションコントロールとインテリジェントサーボドライブは、効率的で柔軟なソリューションです。この記事で説明するCD1Kインテリジェントサーボドライブは、幅広いアプリケーションに対して高-レベルのマルチ-軸制御タスクを実行し、高-パフォーマンスモーションコントロールソリューションを提供できます。 「プロファイル位置」モードは、PLC環境内の独立した軸アプリケーションに最適です。このソリューションでは、軸の軌道はサーボドライブによって内部的に計算されます。 「補間位置」モードは、軸の軌跡を継続的に調整する必要があるアプリケーションに使用されます。このソリューションでは、ホストモーションコントローラーのリソースは、サーボドライブ内で提供される立方体補間により、大幅に削減されます。速度と位置のサーボループは、ターゲットアプリケーションのAuto -チューニングプログラムをマシン内で実行することで、オンラインで最適化できます。