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        《電子技術應用》
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        自動化系統的位置控制如何做到又快又準?

        2021-12-10
        作者:王潔
        來源:電子技術應用
        關鍵詞: TI 位置控制 工業4.0

        隨著工業4.0浪潮席卷而來,傳統制造業正向自動化、數字化、智能化轉型。高度自動化的系統離不開精準的位置感應,以及時地收集數據并做出更明智的決策,進而保證設備安全可靠地運行。

        3D霍爾效應傳感器獨具優勢

        在評估出色的位置感應解決方案時,需要同時考慮傳感器精度、速度、功率、靈活性和可靠性等因素。相比其他位置傳感器,多軸線性霍爾效應位置傳感器可提供高度精確、快速且可靠的絕對位置測量,非常適合精密自動化工業應用。

        德州儀器 (TI)位置傳感器產品營銷及應用經理Steven Loveless表示,3D霍爾效應位置傳感器可以獨立測量三個不同軸的磁場。對于任何磁體,都會產生一個磁場,該磁場可以用空間中任何一點的三維向量來表示。如果傳感器只能測量這些軸中的一個磁場,那么可檢測的位置類型僅限于直線路徑,甚至可檢測的運動范圍也會受到限制。由于所有軸都可以在空間中進行絕對測量,因此可以使用單個傳感器測量任意3D運動,例如操縱桿、旋轉和推動旋鈕、球形運動等。當然,3D傳感器也可用于測量1D線性運動,同時額外軸的附加信息可以提高測量精度或指示異常行為,例如是否存在外部磁場干擾或違背規定運動路徑的情況。

        然而近年來,BLDC電機的無傳感器控制不斷改進,無傳感器解決方案在電機控制中得到了很好的發展。作為業界領先的開發高性能無傳感器解決方案的公司之一,德州儀器如何看待這種趨勢呢?Steven Loveless表示,雖然BLDC的無傳感器系統將進一步發展,但總會有使用簡單霍爾效應鎖存器的BLDC控制系統存在,因為這種方式在特定控制情況中更有優勢。更重要的是,霍爾效應傳感器中最大、增長最快的市場是位置測量傳感器,3D霍爾效應傳感器這種能夠測量真實位置的傳感器廣受歡迎。

        TI首款全新3D霍爾效應位置傳感器TMAG5170

        不久前,德州儀器 (TI)推出了一款精確的3D霍爾效應位置傳感器——TMAG5170,可在高達20 kSPS的速度下無需校準即可實現超高精度,從而在工廠自動化和電機驅動應用中進行更快速、更精確的實時控制。這也是TI全新3D霍爾效應位置傳感器系列中的第一款器件。

        TMAG5170可在室溫下提供低至2.6%的滿量程總誤差。它還具有低至3%的總誤差漂移(比同類競品至少低30%),并且在橫軸場存在的情況下,誤差比同類器件至少低35%。這些特性使TMAG5170能夠提供比任何其他3D霍爾效應位置傳感器更高的精度,無需終端校準和片外誤差補償,可簡化系統設計和制造。

        功耗方面,TMAG5170具有多個運行模式和采樣率。與其他精密線性3D霍爾效應傳感器相比,其電源效率至少能提升70%,可在1kHz至 20kHz采樣范圍內為電池供電器件或關注系統效率的輕負載模式降低功耗。

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        采用TMAG5170線性3D霍爾效應位置傳感器的自主移動機器人輪子電機模塊方框圖(圖源:TI公司)

        在自主移動機器人案例中,輪子的電機和電機控制器之間形成反饋環路。TMAG5170線性3D霍爾效應位置傳感器可監測電機軸的確切角度位置和電機驅動器,從而使電機旋轉。除了此反饋環路中顯示的所有元素外,該線性3D霍爾效應傳感器通常會對系統帶寬和延遲有直接影響。通過采用能夠進行高帶寬測量的傳感器,可以提高此反饋環路的整體速度并增強系統性能。

        據Steven Loveless介紹,TMAG5170特色在于其具有更高的吞吐量和超高的3D精度以及集成和診斷功能,可幫助設計人員在移動機器人、線性電機驅動器、自動化過程控制設備以及電器的運動控制中實時地對系統進行控制。

        3D傳感器的應用在傳感器的功能和設備類型方面有很大差異。通常情況下,任何利用位置或運動反饋來提供實時控制的系統都可能受益于精密的3D霍爾效應傳感器。從精密閥門到執行器控制、自主移動機器人到線性電機系統,任何自動化或機器人系統都可能使用3D傳感器進行線性或角度測量。

        Steven Loveless透露,TI即將推出一款車規級的TMAG5170-Q1,為汽車市場提供差異化的霍爾效應傳感解決方案。該款產品在TI.com上已處于預發布狀態。車規級產品符合工業設備的核心設計理念,適用于汽車應用。

        此外,TI還通過TMAG5273提供功耗低且更通用的3D磁場測量,適用于電網基礎設施、計量和樓宇自動化等應用。TI內部擁有的工藝技術使其能夠根據客戶產品的需求定制核心技術,并最終為客戶提供高價值的解決方案。同時,根據不同的應用需求,TI還開展了TMAG5170和其他磁性傳感器產品組合的許多創新應用。

        目前看來,TI對3D霍爾效應傳感器的發展很有信心,下一步的研發計劃也在持續推進中?!皞鞲衅魇请娮釉O備與現實世界之間的接口,德州儀器 (TI) 正在整個傳感領域進行創新以改進該接口。 具體而言,磁性位置傳感器使我們相信 TI 可以在關鍵領域提供獨特技術和差異化產品來解決客戶最具挑戰性的問題。 未來,TI將繼續在該領域開發和發布更多產品”Steven Loveless表示。

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