电机驱动数字化制造的N个样本
中国及全球主要工业国家都正在推动工业和制造领域的转型，通过提升数字化水平和生产效率来抵消劳动力短缺和成本上涨。国内“十四五”规划拟将工业互联网平台应用的普及率从15%提高到45%，并在产品研发、制造执行、内部运营、维护服务和类似的流程中，将管理和运营的数字化比例从55%提高到68%。工业数字化，制造业首当其冲，下面看看制造业的几个常见场景“样本”。车间装备线——装配系统变得越来越复杂，为高度灵活的模块化装配机器增加了智能。为了将这些机器提升到一个新的水平，每个部件都需要针对实时通信和监控进行优化。毕竟，在整个装配过程中，只有一个组件发生故障就可能导致完全关闭。数字化加工——数字威廉希尔官方网站 对原型设计和制造产生了巨大影响。就像3D打印一样，CNC铣削和激光切割等应用被广泛使用，加快了所有行业的开发周期。现在，可以直接通过设计软件制造实际产品，依靠具有集成安全功能的精确可靠的运动控制，从而实现更安全、更可靠、效率最高的设备。
自动拾取和放置机器——虽然拾取和放置机器似乎只进行基本运动，但有些机器需要最高的灵活性来完成要求苛刻的任务，例如将单个组件放置在PCB上或从传送带上拾取物体并相应地放置它们。无论任务如何，所有拾取和放置机器都需要高效、可靠和灵活的驱动器。
输送系统——物料的传送在工厂运营中具有非常重要的地位，它是工业化生产的一个重要环节，好的物料流转方式，不仅省时、省力、降低成本，可保持生产线的运转，而且会大大提高我们的生产效率。
在几乎所有这些工业应用的场景，我们可以发现几乎都有电机在里面发挥着重要作用。随着工业制造的数字化发展，市场对步进电机的要求也趋于严苛，不仅要求低噪声、运行平稳、高能效、高速度高扭矩，还要求增加对设备和过程的实时监控异常行为进行优化。特别是与系统功能密切关联的步进电机，如果通过在芯片级集成高级诊断，实现运动和力控制与监测，可以提前实现部分工业4.0的自动诊断功能，提高准确性、可靠性和效率，无论是数字加工、车间装配线，还是自动拾取与放置机器或者生产线测试测量设备，将实现更高的精度和效率，并大大减少停机时间。 基于创新威廉希尔官方网站 实现无传感器的运动 在步进电机应用场合如何实现运动和力控制？传统的思路可能立即会想到：第一，增加力矩传感器；第二，检测电机电流。但是，增加力传感器会带来系统成本的增加。对一个开环系统的步进电机来说，大多采用恒流斩波控制，其电流是恒定的。检测电机电流只能增加编码器，这种方法也会增加控制系统的成本。
步进器和 BLDC 等电动机利用磁场旋转，从转子的角度来看，定子的电磁场拉动或推动转子。这会导致转子磁场与定子旋转场方向之间的相移，该相移是负载角，或电机转子和定子的两个磁场方向之间的角度。在正常负载条件下，负载角较低，流入电机的部分能量也流回电源，从而产生反电动势。该反电动势表示电机上的机械负载，这意味着它可用于监控驱动系统的实际负载条件，而无需使用其他组件。
使用电机的反电动势原理，ADI Trinamic电机驱动StallGuard和CoolStep为电机应用增加了电机负载检测功能，实现无传感器归位和失速保护。StallGuard 是步进电机的无传感器负载测量，可提供有关负载角度的经济高效的反馈，灵敏度可根据应用需求进行调整，使其成为无传感器归位、自校准、距离测量或验证所有机械装置是否仍在安全裕度内运行的理想选择，无需参考或限位开关，并降低了需要精确参考的应用的成本和复杂性。通常，开环步进驱动器在过载情况下会因失速而丢失步数，例如当轴被阻塞时。StallGuard 威廉希尔官方网站
可防止步进损失，通过在达到设定负载值时停止电机来保持步数完整性。无传感器威廉希尔官方网站
可以检测多达 1024 个不同的负载水平，从而提供高分辨率反馈，以便对系统进行连续监控。CoolStep提供基于StallGuard值的动态电流控制，最初为医疗设备和实验室自动化开发的无传感器负载相关电流控制，始终以实际负载条件所需的最小量驱动电机。基于CoolStep和StallGuard威廉希尔官方网站 ，可以将电机能耗降低最高达90%，并有效减少热量的产生。而且，通过消除电流安全裕度并允许临时电流提升，CoolStep允许更小的电机，因为需要的扭矩储备更少。
简单易用和成本效益原则是ADI Trinamic设计师在设计步进电机驱控芯片时的指导方针。这些方案将强大的步进电机驱动器和运动控制器集成在一块芯片上，将数字信息直接转换为平滑、精确、可靠的物理运动，被广泛地用于机器人、工业驱动、纺织、缝纫机、包装、工厂和实验室自动化、高速 3D 打印机、液体处理、医疗、办公自动化、视频监控、自动取款机等应用中。
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