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嵌入式运动控制

嵌入式运动控制

作者:Trinamic

嵌入式运动控制是一个主要的新兴趋势,受到许多不同系统的互联性的驱动,例如物联网和工业物联网中的新边缘设备应用,以及其他趋势,如增加系统的集成和小型化,以及移动/可穿戴消费电子产品的传播 – 以及人工智能。

嵌入式运动控制
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与应用相关和用户(工程)相关的几种不同趋势正在共同促进嵌入式运动控制的增加。甚至在最近出现IoT和IIoT边缘设备之前,许多这些趋势已经发生。

同时增加小型化/集成化和自动化:最重要的趋势之一,以及影响其他许多趋势的趋势之一是系统,组件和组件的小型化和集成度不断提高,同时它们也在实现自动化。在具有非常小外形尺寸的新型微型电机类型中也是如此。根据P&M Market Research的一份报告,部分由于对微型电机的需求增加,对步进电机的需求总体上持续上升。虽然工业机械一直是步进电机的最大市场,但该报告称,它们在医疗设备,台式机制造或家庭自动化领域的不断增长将推动市场增长到2023年。

此趋势的其他应用包括3D打印和面向消费者的物联网连接设备。后一组包括连接的家庭设备,例如用于智能家居系统的窗帘,百叶窗和照相机; 环境控制,如连接的恒温器; 家电; 机器人; 无人驾驶飞机; 汽车; 以及需要步进电机的消费类设备。对于可穿戴设备,一些例子是小型便携式胰岛素泵,其包含小型步进电机,其还需要有线或无线接口并且是电池驱动的,以及虚拟现实护目镜。

由工业物联网培育

IIoT (Industrial IoT)促进了互联互通的发展:网络正在增长。带宽正在增长。通过所有网络(包括通过互联网)交换的信息量正在增长。全球半导体和技术公司将其最高的重点放在网络,数据中心和高带宽通信技术的解决方案上 – 全球电信和媒体,工业控制应用以及汽车和家庭网络。

为了跟上这一发展的步伐,需要更智能的系统,包括网络边缘的运动控制和驱动解决方案,以及标准化的API和标准接口,以便这些系统能够相互理解和通信。

AI:人工智能是算法方面的一种趋势,在软件和专用硬件中,这是一个根本性的变化。AI允许智能和自动机器,它允许系统根据可用的“信息”做出决策而无需人为控制,它允许学习/自适应机器,并允许交互式机器。由于人工智能,新的应用领域正在兴起,几年后将成为商品,如工厂和医疗应用中的先进机器人,运输和交付行业,或玩具。然而,实际上与真实的物理世界相互作用 – 将数字信息转换为物理运动,反之亦然 – 基于AI的系统需要智能执行器。这种智能致动器是嵌入式运动控制系统的示例。

嵌入式运动控制不仅意味着使用嵌入式系统进行运动控制任务,或在高度集成的微芯片中实现电机和运动控制功能。嵌入式运动控制不仅仅意味着电机控制。它意味着整个运动控制系统的缩影。

嵌入式运动控制的示例

运动控制的设计不再困难或复杂:相反,它已成为一组主流功能或构建模块,可帮助设计人员减少开发时间。我们现在可以根据工程师的特定应用需求,地嵌入功能和子模块(电机,传感器,外壳,物理接口)和逻辑(算法,通信堆栈,专用硬件加速器)。

增强集成度和小型化的例子可以在Trinamic的智能步进控制器+驱动器IC系列中找到,例如TMC5130 / TMC5160集成电机驱动器和运动控制器IC。TMC5072甚至可以直接从驱动两个电机。TMC8670专用EtherCAT运动控制器IC是最高集成度的一个例子。它是一个具有现场可编程门阵列(FPGA)和内部真实MCU的SoC,包括EtherCAT实时总线接口,协议栈以及单个器件中的伺服电机控制。

如果您考虑所有这些趋势,如AI,IoT和IIoT,很明显它们通常更多地位于处理和通信方面。然而,许多系统需要通向现实世界的桥梁。当人们考虑物联网时,他们会考虑传感器和数据(云)。然而,它是通过启用物理云来赋予物联网意义并使生活更加舒适的执行器,物理云由连接到互联网的所有物理设备组成。嵌入式运动控制是将数字与物理连接起来的桥梁。

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