汽车变得聪明

今天在运动控制中的覆盖重点之一是向系统添加智能。这一趋势是体现了智能电机的发展。智能电机将部分或全部支撑电子器件集成到电机本身中，使其是单个单元，可以使用有限数量的电缆安装或移除。

智能电机可以集成驱动器，或驱动器和控制器，甚至驱动器、控制器和编码器电子。它们还可以结合数字信号处理器(dsp)或现场可编程门阵列(fpga)等元素，以实现复杂的操作，如基于非线性数学建模的观测器控制。

减少维修
智能电机的主要优点之一是易于维护。通过集成部分或全部电子设备，智能电机消除了布线，而布线是运动控制系统的头号故障。

拥有该领域开创性专利的动画公司(Animatics Corp.， Santa Clara, California)首席执行官罗伯特·比格勒(Robert Bigler)表示:“它们失败的可能性要小得多，但即使它们真的失败了，任何一个会转动螺丝刀的人都可以取代整个控制系统。”“如果一台机器的轴出了故障，你不会打开一个装满控制装置的柜子，拿出图纸，让工程师飞进去，你只需要一把螺丝刀。如果你有一个备用的，你就不需要休息了。”

该公司产品经理约翰•马祖凯维奇(John Mazurkiewicz)表示:“如果你在经营一家工厂，这无疑会让你很容易将电机取出并更换。美国宝德公司电气有限公司(阿肯色州史密斯堡)。“在排除故障方面，你节省了维护时间。但你要更换电机和电子设备，所以这比只更换电机、反馈设备或外部电子设备要昂贵得多。”

该应用程序决定是智能电机还是传统系统是最好的，说丹吉斯表示Incremotion Associates Inc .)(加州千橡市)。在半导体工厂中，5到10分钟的停机时间可能会花费数十万美元，在不浪费时间进行故障排除的情况下更换集成部件的能力至关重要。对于机床来说，时机就不那么重要了。琼斯说:“你可能有几个小时的时间来分解它们。”“在那里，你可能只需要取出一个组件。这是一个针对不同应用而采取不同行动的案例。”

简化开发
智能电机还提供了设计阶段的潜在优势。用于运动控制系统的工程线束可以非常耗时。智能电机消除了该设计的需求，以及控制器柜的设计。这不仅速度开发时间，它可以具有减少整体系统足迹的额外益处。

电机是分布式控制的本质，尽管它们的控制能力也可以让电机连接在一起并联网。“根据电机的尺寸和电缆的规格，这是一个实际的限制，”比格勒指出。“智能电机可以是一个全分布式控制系统，智能就在节点上，也可以是一个中央系统，所有的电机都从属于机柜中的某个中央PLC(可编程逻辑控制器)。”

礼貌的电子产品，集成电机还提供不同程度的可编程性。许多智能电机至少有一些能力对I / O作出反应并执行基本的运动任务。换句话说，甚至在实际运行机器的程度上，电机的越来越多的电机能够执行控制任务。

成本比较
从表面上看，给发动机增加零部件似乎会推高成本。比格勒认为，事实并非如此。“集成电机迫使你简化。设计传统运动控制系统的工程师倾向于抓住这个，抓住那个，把所有东西放在一起。而集成伺服系统则没有这种奢侈。”

这些额外的部件增加了电机的尺寸和重量，并且减少了它们的数量，更不用说减少了潜在的故障点。“这确实把责任推到了最初的设计上。它迫使你说，‘我如何摆脱这个部分?我要怎么去掉这个部分?“也许CPU可以完成这个任务，或者你可以找一个功能更强大的CPU，让它也完成这个任务。”它迫使你最小化设计。”

一些被移除的部分涉及到支持电缆的组件，如编码器信号的线驱动器、接收端差分线接收器、抗噪电路等等。例如，集成电机不需要为扭矩指令转换数字信号到模拟信号。比格勒说:“为了适应伺服系统，有大量的东西被删除了，其余的东西必须被简化。”“要想让它正常运转，你必须将其归结为最基本的组成部分。”

确实煮沸。根据BIGLER的说法，集成伺服仅包含传统伺服系统部分的约25％。“唯一的原因不是价格的唯一原因是他们并没有以与传统伺服器相同的卷制造的 - ”他说。

热门问题
智能电机最常见的问题之一是热量的。电动机产生热量，作为一般规则，缩短了电子设备的寿命。典型的电动机额定最大工作温度为155℃（311°F），而集成电路通常被赋予70至85℃（158°F至185°F）的上限。

批评者表示，将电子器件集成到电动机中，意味着“降低”它以在较低温度下操作。这使得在运动控制中最糟糕的秘密，这是用户很少在上层中操作电动机。

“我们会在这里打电话，人们会说'电机运行温暖，因此我们需要一个更大的电机，”Mazurkiewicz说。他会问的第一件事是电机运行的热门。“他们会说，”好吧，我不知道是因为我没有衡量它，但我可以感受到电机的散热，“他重新询问。“他们没有足够努力推动那个电机，因为如果你可以把手放在电机上，它不会在电机设计限制附近的任何地方运行。我认为人类的手在80°C中感到不舒服，通常，当无刷电机上的电动机绕组为155℃时，外壳温度将运行100至125℃“

除非申请真正需要在高温下进行操作 - 例如，除非玻璃厂或铸造厂 - 温度不一定是一个问题。“他们不会成为一个很好的过程，这是一个非常高的过程，”Bigler说。“If you’re bolting the things to an oven and you’re actually using the motors where they’re rated on paper, for example, an integrated servo would not give you the torque margins that a traditional servo with the controls separated would.”

规模很重要
内啡会可能是决定是否使用智能电机的另一个标准。如果您正在设计需要紧密控制的机器人手臂，则需要最小化质量。在这种情况下，最好将控制器放入基座或机柜中，而不是使它们加重向电机增加。

这也可以归结为扭矩的问题。伺服电机市场通常在较低马力的钟形曲线上达到峰值，在非常小的马力和尺寸下再次下降。没有什么比智能电机更能体现这一点了，它们通常只有1马力或更少。

比格勒说:“每当你把集成电机的功率增加一倍，它的制造难度就会增加四倍。”“制造功率更高的集成电机是一个挑战，但好处逐渐减少——当电机重30磅时，也许你宁愿在机柜中安装一个控制器，找出是哪一个，然后解开电缆。”

系统集成商总裁Rosser Pryor说工厂自动化系统公司(乔治亚州亚特兰大)，智能电机的最佳位置是单个轴，甚至是几个轴上有限的协调运动。当这种协调变得更加复杂时，问题就出现了。

“我们实际上是用它们来协调运动，而不是紧密的协调，”他澄清道。“有些人认为协调运动意味着A轴移动，当它结束时，B轴移动，然后当它结束时，C轴移动。这些发动机可以做到这一点。他们做得不好的是在一个和另一个之间协调运动来画一个圆。我不是说这不可能。我是说，这变得更加困难，而且表现也不是特别好。”

最终，选择何时使用集成电机 - 而不是 - 不到你想要完成的事情。如果您正在尝试避免停机或上前设计时间，集成电机可能只是您最好的选择，假设您可以获得所需的扭矩。

“运动控制的一切都始于应用程序，”丹·琼斯说。“作为运动控制产品的供应商，我们试图为广泛的客户和广泛的应用优化我们的电机、驱动器和控制。”智能电机在工具箱中又提供了一个工具。