物联网的浪潮使传感器、云等技术获得了极大的关注,然而现实世界的物理控制不会消失,每个智能物联网终端背后肯定都有运动控制芯片或者模块。IHS分析师指出,小型电动机逐渐成为人们日常生活的必备品,近几年中产阶级的扩大和住宅自动化的升级以及家用电动产品的增加,是大幅推动消费的主要原因。然而,这些带小型电动机的设备给用户带来了极大的噪音伤害。

“电机在低速运行时会产生一种磁致伸缩现象,并出现一种人耳可听见的高音调噪声。例如在桌面3D打印应用中,由于大多数打印机和桌面设备是放置在用户的桌子上或附近,而不是在爱好者的实验室、车库或者地下工作室里,所以步进电机产生的噪声往往会让人讨厌,特别是那些要持续几个小时的打印任务。”嵌入式电机与运动控制技术供应商 TRINAMIC的创始人兼CEO Michael Randt指出,“另一方面,打印质量很大程度上取决于驱动器的精度。通过微步进操作和精确的电流调节,就算不用改变机械,也能让步进电机的精度得到显著提高。而由于分辨率增加使得计算负荷也不成比例地增加,因此对软件提出了更高的要求,同时还降低了软件开发的效率,增加了软件开发的复杂性。TRINAMIC的技术则可以解决这些问题。” EETC_1706_TP 图1:TRINAMIC的创始人兼CEO Michael Randt

Michael Randt强调,运动控制应该是精确并可靠的,电机应该是高效、平滑且无噪音的。以前,只有高端应用才有能力使用精准高速运动控制,而现在消费者对3D打印、无人机、机器人等设备的兴趣日益增加,驱动了高集成度,并减少了植入先进电机控制算法的成本的需求。因此,消费类应用正在大力推动着运动控制技术的发展,而如果将此前用于工业及高端应用的技术引入到消费应用中,必将对用户带来极大的体验改善。然而技术消费应用化的结果是,运动控制技术越来越受到尺寸、成本、易于集成以便缩短开发周期等需求的约束。

“适合人类活动全方位自动化的趋势,运动控制领域获得了全所未有的发展,这些集成电路几乎无处不在。当下,产品开发人员必须应对日益复杂的系统,而不再是对所有技术都只泛泛了解一些的工程师。” Michael Randt补充说,“同时现今的开发工程师都面临越来越大的压力,产品开发周期要缩短,同时新产品推向市场要更快速。为此,我们特意开发了一系列的驱动器,帮助他们缩短开发时间,简化开发过程。”

据Michael Randt介绍,目前TRINAMIC的主要产品包括运动控制特制芯片,智能电机驱动器和嵌入式计算机控制系统,应用领域包括实验室、工厂自动化、半导体工业、纺织业、机器人工业、自动取款机与自动售货机等,而且最新产品还被广泛应用在3D打印机、医疗泵和监控摄像头等成长迅猛的新兴市场中,并定格行业性能指标。“我们的芯片和计算机控制系统可以将数码和物理世界连接起来,我们拥有专门解决实际问题的技术专家团队,致力于把自己数十年的经验通过产品逐一体现。”

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例如前文中提到的针对噪声问题,TRINAMIC最新的stealthChop技术可以提供非常安静的步进电机性能。stealthChop技术基于电流反馈,芯片采用电压斩波调制使得电流波动最小化,TRINAMIC改进了电压模式操作并将其与电流控制相结合,让系统自主适应电机和工作电压。配备了StealthChop技术的电机驱动器将最低功耗与电流波形结合在一起,使其接近模拟信号,节省了额外成本。StealthChop应用已经实现了10 dB以下的噪声水平,远低于传统的电流控制。因此可以在3D打印、桌面制造设备和个人医疗设备等不可接受噪声的场景中应用。

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目前TRINAMIC的知名度还不是很高,因此Michael Randt指出培育新客户也是当务之急。世健是其在中国的主要代理商,目前他们已经合作开发了一些在医疗、安防等应用的参考设计和解决方案;同时他们也在跟进一些新兴市场的拓展,例如通过跟世健合作,积极投资和参与EtherCAT的开发。

EtherCAT是由德国公司Beckhoff Automation最初发明的实时工业以太网技术。它是专为控制自动化技术而设计的,有了它后就不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包,然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备(包括底层端子设备)时,EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。

同样,输入数据可以在报文通过时插入至报文中。在帧被传递 (仅被延迟几位)过去的时候,从站会识别出相关命令,并进行处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的,因此与协议堆栈软件的实时运行系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT从站将经过充分处理的报文返回,这样该报文就作为一个响应报文由第一个从站返回到主站。2015年,TRINAMIC成为世界上第一家可提供符合EtherCAT标准的从属控制器IC来集成实时、无延迟的I/O外设的公司。

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