Motion Control w praktyce
Sterowniki robotów mobilnych – np. magazynowych – kontrolują i koordynują ruch ich kół. Wyzwaniami w tym przypadku są: możliwość poślizgu, podczas którego koła tracą przyczepność, oraz wpływy nierówności podłoża. Z ich powodu, na podstawie informacji o położeniu kątowym wału, prędkości i momencie obrotowym silnika, sterownik nie jest w stanie określić dokładnej lokalizacji robota mobilnego. W rezultacie, nawet jeżeli określona liczba obrotów kół ustawionych pod danym kątem powinna skutkować przesunięciem się robota np. o metr w lewo, w rzeczywistości może się on przemieścić w innym kierunku – dalej albo bliżej miejsca docelowego.
Popularnym sposobem sterowania robotami mobilnymi jest wykorzystanie pętli regulacji prędkości, po jednej dla każdego z kół, zagnieżdżonych w pętli regulacji położenia. W pętli zewnętrznej, na podstawie aktualnej lokalizacji robota, określonej np. w oparciu na informacjach z kamer albo systemu GPS, wyznaczane są parametry ruchu kół – wymagane, by podążał on zaplanowaną ścieżką. Są to wartości zadane w pętlach wewnętrznych, w których, na podstawie sygnałów z enkoderów, wyznacza się uchyby i odpowiednio reguluje moment obrotowy.
Dzięki pętlom prędkości ruch kół można zsynchronizować, nawet na nierównej powierzchni. Aby wykrywać i korygować poślizg, wykorzystuje się algorytmy obserwatorów (estymatorów) stanu, np. filtr Kalmana. Z kolei, aby zapobiec utracie przyczepności kół, ustala się próg momentu obrotowego (z odpowiednim zapasem), którego nieprzekraczanie zmniejsza prawdopodobieństwo poślizgu.
Jak wybrać serwowzmacniacz?
Parametry serwowzmacniaczy, które należy porównać z wymaganiami aplikacji, to: moc i zakresy napięć oraz prądów wejściowych i wyjściowych. Zbyt duże natężenie prądu wyjściowego może uszkodzić silnik, zaś zbyt małe nie pozwoli na wytworzenie wymaganego momentu napędowego. Za niskie napięcie uniemożliwi z kolei uzyskanie maksymalnej prędkości silnika. Ponadto niektóre aplikacje wymagają specyficznych rozwiązań.
Przykładowo, w przypadku napędów do sterowania silnikami bezszczotkowymi ważną kwestią pozostaje także rodzaj komutacji elektronicznej, jaką dany wzmacniacz realizuje. Najczęściej jest to jedna z dwóch metod: sześciostopniowa lub sinusoidalna. W pierwszej klucze tranzystorowe przełączające prąd do poszczególnych uzwojeń silnika są sterowane przebiegami prostokątnymi, a w drugiej – przebiegiem sinusoidalnym. Zaletą komutacji pierwszego typu jest łatwość realizacji, zaś wadą – mniejsza dokładność sterowania i większe pulsacje momentu obrotowego, zwłaszcza przy małych prędkościach.
