Sterowanie mikrosilników o bardzo wysokich prędkościach obrotowych sprzężonych z wielostopniowymi przekładniami planetarnymi

• Autorzy: Leniowski R. , Leniowska L.

Warianty tytułu

EN

Control of micro-motors with very high speeds, coupled with multi-stage planetary gears

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę problem sterowania miniaturowymi silnikami typu BLDC, pracującymi w bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowych: 0-65 000 [obr/min] i sprężonych z wielostopniowymi przekładami planetarnymi. Cztery takie silniki stanowią napęd wieloczłonowego robota chirurgicznego ROCH-1, przeznaczonego do wykonywania małoinwazyjnych operacji, którego prototyp powstaje w ramach projektu badawczego MNiSzW 237/B/T02/2010/38. Cechą miniaturowych silników BLDC jest niskie napięcie zasilania (od 3 do 5 V), które może komplikować precyzyjne sterowanie robotem w zakresie wolnych ruchów. Na pracę całego układu napędowego silny wpływ mają oddziaływania wielostopniowych przekładni planetarnych z powodu występowania tarcie i deformacji sprężystych ich części składowych. Aby poprawić jakość sterowania, zaproponowano zastosowanie w układzie regulatora prądu dodatkowej pętli, kompensującej spadki napięć na kluczach tranzystorowych oraz zastosowano układy PWM o wysokiej rozdzielczości, tzw. HRPWM. Testowano działanie zmodyfikowanego serwomechanizmu z regulatorem typu RST, który będzie implementowany na sterownik zbudowany w oparciu o specjalizowany układ Stellaris LM3S8971. Przeprowadzone badania potwierdziły poprawę precyzji sterowania w pełnym pasmie pracy, a zwłaszcza w zakresie niskich prędkości obrotowych.

EN

The paper presents an analysis of the problem of controlling the BLDC micro-motors, working in a very wide speed range: 0-65 000 [rpm], and coupled with multi-stage planetary gears. Four such motors constitute a drive of multilink robot ROCH-1, designed to perform minimally invasive surgery, whose prototype is being developed though a research project MNiSzW 2376/B/T02/2010/38. The feature of BLDC micro-motors is low voltage (from 3 to 5 V), which can complicate the precise control of the robot in the range of slow movements. The work of the entire propulsion system strongly affected the impact of multi-stage planetary gears because of the presence of friction and elastic deformation of its components. To improve the quality control system, the additional current controller loop to compensate voltage drops of transistor keys is proposed and also PWM circuits with high resolution, so called HRPWM are used. We tested the modified servo operation of a RST controller, which will be implemented on the controller built on a dedicated system Stellaris LM3S8971. The study confirmed the improvement in the precision control of a full working band, and especially at low speeds.

Słowa kluczowe

PL

mikrosilnik; silnik; sterowanie silnikiem; przekładnie planetarne; BLDC; robot medyczny; robot chirurgiczny; HRPWM; RST

EN

micromotor; engine; control of micromotor; planetary gears; BLDC; medical robot; surgical robot; HRPWM; RST

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2012
• Tom: z. 182, t. 1
• Strony: 160--175
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Leniowski R.

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Informatyki i Automatyki, Al. Powstańców Warszawa 12, 35-959 Rzeszów

autor

Leniowska L.

• Uniwersytet Rzeszowski, Instytut Techniki, ul. Rejtana 16, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] R. Leniowski, R. Pajda, L. Leniowska, J. Cieślik. Projekt wieloczłonowego manipulatora chirurgicznego nowej generacji, Politechnika Warszawska, Prace naukowe, Elektrotechnika z. 175, "Problemy Robotyki", T. 1, s. 63-78, ISSN 0137-2343, Warszawa 2010.
• [2] Faulhaber, Brusless DC- Motors, catalogue EN_0308B, 2010.
• [3] V. Lampert. Modeling and control of dry sliding friction in mechanical systems, Katholicke Universiteit Leuvain, Belgium 2003.
• [4] Texas Instruments. Digital Motor Control Software Library, catalogue SPRU485A, 2003.
• [5] Luminary Micro, Stellaris BLDC Motor Control Reference Design Kit with Ethernet and CAN, catalogue RDK-BLDC-UM-04, 2010.
• [6] R. Leniowski, L. Leniowska: Active Mathematical model of a multi-link surgical manipulator joint with an antiseptic coating, JAMRIS - Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems, Vol. 5, No. 3, 2011, pp. 21-26.
• [7] B. Lee, M. Ehsani. Electric Power Components and Systems - Advanced Simulation for BLDC Motor Drives, Taylor&Francis 2003, pp. 841-868.
• [8] M. Malinowski. Sensorless Control Strategies for Three - Phase PWM Rectifiers, Politechnika Warszawska, 2001.
• [9] N. Celanovic, Space Vector Modulation and Control of Multilevel Converters, Virginia Polytechnic Institute, 2000.
• [10] R. Leniowski. Aktywne tłumienie wibracji w lekkich robotach, Rzeszów 2011.
• [11] Allegro MicroSystems Inc. A4935 Automotive 3-Phase MOSFET Driver, catalogue A4945, 2010.
• [12] R. Leniowski, L. Leniowska, R. Pajda. Sterownik osi robota chirurgicznego nowej generacji dla silników o bardzo wysokich prędkościach obrotowych [w:] Projektowanie, analiza i implementacja systemów czasu rzeczywistego, praca zbiorowa pod redakcją L. Trybusa, S. Samoleja, WKL 2011, s. 423-434.