Kontroler trajektorii TMC457

Jednoosiowy kontroler do sterowania silnikiem krokowym

Układ TMC457 firmy Trinamic to jednoosiowy kontroler do sterowania silnikiem krokowym do aplikacji wymagających ekstremalnie wysokiej precyzji. Kontroler może być parametryzowany i sterowany zewnętrznym mikrokontrolerem przez szeregowy interfejs SPI. Po stronie mocy układy napędowe sterowane mogą być przez interfejs krok/kierunek lub przez zewnętrzne przetworniki C/A. W układzie TMC457 zintegrowany jest kompletny liniowy i S-kształtny generator przebiegów, co pozwala na tworzenie aplikacji o wysokich prędkościach przejazdu – koniecznych przykładowo przy przemieszczaniu płynów.

Opisywany kontroler ruchu przeznaczony jest dla wszystkich dwufazowych silników krokowych. Można nim jednak obsługiwać również krokowe silniki trójfazowe po dołączeniu układu TMC332. Po utworzeniu 4 kanałów analogowych dzięki dołączeniu dwóch układów 12-bitowych przetworników DAC typu LTC2622 sterować można także piezoelektryczne silniki wymagające napędów radzących sobie z obciążeniem zawierającym pojemności 100nF przy amplitudzie 48V przebiegu o częstotliwości 3kHz.

Informacja o położeniu z enkodera inkrementalnego jest w postaci sygnałów kwadraturowych przetwarzana w pętli sprzężenia zwrotnego. Wewnętrzny regulator PID pracujący z częstotliwością taktowania 16MHz przejmuje tutaj stabilizację pozycji przy zmieniającym się obciążeniu. Wartości zmierzonej pozycji udostępniane są w rejestrach. Programowalna tabela mikrokroku z 8192 wartościami (podział 2048-krotny czyli 11 bitów) pozwala na optymalizację szczególnie płynnego i równomiernego ruchu, co jest wymagane w przyrządach pomiarowych i mikroskopach skanujących.

Układ bezpośrednio współpracuje ze sterownikami mocy silnika krokowego takimi jak TMC236, TMC239, TMC246 i TMC249. Komunikacja z układem odbywać się może przez interfejs SPI, w przypadku której zachodzi automatyczna kontrola informacji o obciążeniu, która dostarczana jest przez sterownik wyposażony w mechanizm StallGuard. Kontroler przetwarza także sygnał sprzężenia zwrotnego z enkodera, a także ma zaimplementowany mechanizm ChopSync dla wysokich prędkości ruchu.

Wszystkie parametry dynamiczne kontrolera mogą być ustawione dla danej aplikacji w bardzo szerokim zakresie, a zastosowany proces jest niezależny od krytycznych operacji takich jak generacja przebiegów i mikrokroku. Układ TMC457-BC spełnia wymogi RoHS i jest dostarczany w miniaturowej obudowie FBGA-144 o wymiarach zewnętrznych 13x13mm.

Produkt stosowany może być m.in. w sprzęcie medycznym i laboratoryjnym, gdzie wymagane są wysokie prędkości napędu i precyzyjne zmiany prędkości. Wysokiej jakości systemy przenoszenia i pozycjonowania, czy subnanometryczne pozycjonowanie (silniki piezoelektryczne) wymagają również takiego kontrolera ruchu zintegrowanego ze stopniem mocy.

Tam gdzie potrzebna jest aktywna stabilizacja pozycji enkoderem inkrementalnym i szybkim regulatorem PID znajdzie również zastosowanie opisany układ. Do produktu dostępna jest płytka ewaluacyjna TMC457-Eval.