智能驱动器控制

具有嵌入式数字信号处理器的新一代驱动器可降低成本，简化维护，甚至执行控制操作。

智力。这几天在运动控制中的流行语是复杂的电子设备，将传统的组件升高，如电机和编码器中的更多东西。无论是比新一代智能驱动器更明显的趋势，它可以存储数据，减少接线，甚至更换一些应用程序中的运动控制卡。

智能驱动器包括数字信号处理器(DSP)，通常专门用于运动控制，以及外设和易失性和非易失性存储器。例如，Technosoft Inc. (Bevaix，瑞士)就使用RAM存储用户变量，用于数据记录和数字示波器操作。该公司的硬盘使用闪存存储固件，而用户开发的程序则保存在EEPROM中。“这样，你可以改变驱动器的功能而不影响程序，你可以改变用户程序而不影响驱动器的功能，”John Chandler说，他是北美销售副总裁。

Copley Controls Corp. (Canton, Massachusetts)副总裁George Procter说:“如果你选择了正确的DSP，你就可以得到所有与编码器、I/O模拟和数字通信接口的外设，以及功率级和功率晶体管的驱动器。”“很多以前在驱动程序中的电路现在都在芯片的固件中。”事实上，固件是设计过程的核心。“在软件和固件与硬件的发展范围上，这真的是一个数量级。”

智力的好处
由于它们的设计，数字驱动器可以从一系列反馈设备中取消输入，包括增量编码器，rescoders，正弦/余弦模拟和绝对编码器。“在我们发现非常好的事情中，我们的智能驱动器不仅可以采取这一反馈的能力，而且我们如何更有效地解释数据，”北美经理John McLaughlin说ELMO运动控制（韦斯特福，马萨诸塞州）。

智能驱动方法的最大益处之一是消除接线。集中式架构需要每个电机连接到中央运动控制器中，这意味着大量布线和布线柜以容纳全部。所有布线都是昂贵的，并且从工程角度来看，设计线束可以是自身的工作。布线还代表运动控制系统中最常见的故障点。

通过最大限度地减少布线，智能驱动器不仅降低了成本而降低或消除了对布线柜的需求，这最大限度地减少了整个系统的占地面积和复杂性。根据Proctor，智能驱动器启用的分布式架构可以通过集中式系统节省35％至55％。

变得聪明
虽然这不是必需品，但网络数字驱动器最大限度地提高了其有用性，使其成为智能组件的经典优势之一 - 简化维护。“在过去的过去的日子里，你依靠有限数量的诊断，”Proctor说。“例如，您可能有一个输出引脚分配给故障行。很棒，现在你知道驱动器上有一个错误。当您有[智能驱动器和网络连接]时，您可以确切地了解故障，您可以从驱动器中获取错误日志，并找出发生了什么以及何时何时。当你可以与情报交谈时，这是一个完整的球。“

由于驱动器具有板载内存，因此它们可以存储编码器参数，以便当编码器下降时，可以将其交换出，可以从驱动器下载操作参数。

更好的是，驱动器本身可以被替换出来，并重新加载它们的运行参数。在系统中花几个小时调优罐子，然后在更换驱动器时面对重复的整个过程的日子已经一去不复返了。参数可以存储在网络中，安装后下载到新驱动器中，即插即用。

控制
智能驱动器可以执行控制任务。在某些情况下，它们甚至可以消除对运动控制卡的需求。这给我们带来了当前运动控制中的一个大问题——带有智能驱动器的分布式架构还是带有运动控制器的集中式架构?两者都有各自的优点。

欣赏两种体系结构的微妙之处需要了解运动控制系统中任务的层次结构。在具有所谓哑驱动驱动器的传统架构中，PC配有运动控制卡，执行路径规划并关闭伺服环路。在分布式架构中，智能驱动器具有关闭自己的环路的处理能力，而PC可以作为软件任务接受路径规划。

考虑一个以下位置，速度和时间命令（PVT）的驱动器。PC以特定间隔为所有轴生成空间的新点，例如每10毫秒。智能驱动器将PVT数据插值为250-μs递增，以创建适当的轨迹命令，并关闭所有伺服环。在这样的系统中，运动控制卡是多余的。

“发生了什么是运动控制卡执行的任务在两个方向上，”Proctor说。“关闭伺服循环已经下降到驱动器，路径规划已经进入CPU。这是因为发生了两件事：CPU已经变得非常强大，驱动器更聪明。“

分布式方法产生了可伸缩的体系结构。一般来说，运动控制器是模块化的，这意味着它们被设计用来处理一组轴，通常是四个。设计五轴系统的集成商或机器制造商会别无选择，只能购买两个控制器，这超支了，而且对系统要求过高。智能驱动方法允许设计师只购买他们需要的东西。

优缺点
当然，就像所有的运动控制一样，也有权衡。分布式架构擅长单轴运动，甚至是一系列的轴运动(先是A轴，然后是B轴，然后是C轴)。但对于更复杂的问题，比如画圆的经典例子，效果就不那么好了。

制造商正在解决解决方案。例如，TECHNOSOFT正在开发软件，基本上在CANopen网络上进行组驱动器，并指定一个驱动器，以充当多轴运动控制主机到另一个驱动器。“您将能够在网络上进行驱动，并告诉一个驱动器绘制一个圆圈。钱德勒说，它将承担责任并作为其余驱动器的主持人，“Chandler说。

然而，在某些复杂的应用中，比如紧密耦合的机械臂的运动，可能除了运动控制卡就没有别的了。“当你用关节臂做一些相当复杂的运动时，所有这些伺服回路都是相互依赖的，”Proctor说。当你移动一个轴时，机械负荷在另一个轴上发生变化。在这些应用中，位置和速度回路实际上是在一个中心位置关闭的，而不是分布到驱动器上是有益的。这是一个相当不寻常的情况，通常不会发生在运动控制应用，”他补充说，“但在这种情况下，中央控制是一个好主意。”

更多的复杂性
从用户的角度来看，一个挑战是复杂性。今天的数字驱动器为用户提供了广泛的软件工具，包括控制面板，编程向导和数字存储范围功能。钱德勒说:“用户现在可以完全访问每个控制回路中的每个参数和变量。”例如，它们还可以从一个控制回路结构动态切换到另一个控制回路结构，为每个回路选择不同的参考和反馈信号。”

然而，与替换打字机的文字处理器一样，智能驱动器要求用户在能够充分利用之前掌握更复杂的工具。“调整锅和设定跳线？那些简单的日子现在已经消失了，“他说。“在驱动器内优化编程需要专业知识。但是，它有效地部署，您最终会获得一个非常可维护，可维护的系统。“

“你只需要抓住你的牙齿并继续下去，因为生活更好，”Proctor是事实上的问题。“在使用模拟驱动器的过去的日子里，你会有漂移，事情会随着温度而改变。他们可能很容易设置，但它们有限的诊断能力，并且您的灵活性很小。您无法在飞行中更改伺服循环收益，例如，在模拟系统中。“

今天的电脑娴熟的毕业生也为过程带来了新的视角。他们希望处理软件，他们希望处理固件。这是一个变化的人口，以利用新的驱动器和他们的智慧。

“当你有这个智能时，它开辟了一个自定义的元素，以前很难，”Proctor说。“而不是电位计和电路，您可以快速自定义固件而不会产生成本。”

他并不孤单地看到分布式控制和智能驱动器作为未来的浪潮。“这是运动控制中的核心争论之一，”钱德勒说。“我继续思考分布将慢慢赢得，但这不是一个山体滑坡，因为难以替换集中控制带来一些应用的功能。”

在运动控制中，众所周知，它归结为申请。“我是一个现实主义者，”McLaughlin说。“集中式运动控制方法今天仍然存在强劲存在。但是，制造商觉得智能驱动器和网络的压力。成本和性能是一样的，如果不是更好的话。“

听起来很聪明。