Advanced Motion Control Techniques

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1 Advanced Motion Control Techniques Dipl. Ing. Jan Braun maxon motor ag Switzerland Dipl. Ing. Alexander Rudolph National Instruments Switzerland

2 Agenda Schematiascher Aufbau Positionsregelkreis Übersicht Motion Control Systeme PAC based mit NI-SoftMotion für DC und EC Motoren PAC based mit CANopen für DC und EC Motoren EPOS System mit Demo maxon DC und EC Motoren

3 Positionsregelkreis Anwendungs Programm Befehl Zykluszeit (z.b. 5 ms) Pfad- Generator Pos t I Sollwert Position Position/Drehz. t aktuelle Position Sollwert Strom Strom aktueller Strom Motor mit Encoder und Antrieb Takt (z.b. 1 khz) Takt (z.b. 10 khz) PWM Zyklus Leistungs Verstärker PWM (z.b. 50 khz)

4 Übersicht Motion Control Systeme Software PC based LabVIEW PAC based LabVIEW RT Driver API NI-Motion EPOS-Library for Windows NI-SoftMotion EPOS-Library for RT Motion Controller NI-Motion Controller NI-CAN Interface crio Drive Interface crio CAN Interface Amplifier UMI ADS, DEC EPOS2 EPOS2, ADS, DEC EPOS2 Drive System DC Motor or EC Motor

5 PAC based mit NI SoftMotion & maxon Motor PAC based Anwendungs- Programm NI-SoftMotion crio Drive Interface EPOS2, ADS, DEC DC Motor or EC Motor LabVIEW RT EPOS-Library for RT crio CAN Interface EPOS2 Befehl Pfad- Generator Sollwert Position Position/Drehz. Sollwert Strom Strom- PWM Zykluszeit Leistungs- Verstärker PWM (z.b. 50 khz) Motor mit Encoder und Antrieb aktueller Strom aktuelle Position

6 PAC based mit NI SoftMotion & maxon Motor Anwendungs- Programm Befehl Pfad- Generator Sollwert Position Position/Drehz. crio Intelligent Drive NI 9514 Sollwert Strom Strom- PWM Zykluszeit Leistungs- Verstärker PWM (z.b. 50 khz) Motor mit Encoder und Antrieb aktueller Strom aktuelle Position DEC 70/10 oder EPOS2 als Stromregler EC Motor mit Encoder ADS oder EPOS2 als Stromregler DC Motor mit Encoder

7 PAC based mit NI SoftMotion & maxon Motor Einsatz: Synchronisation mehrerer Achsen real time Systeme (FPGA based) muss programmiert werden Zugang zum durch Programmierer / Anwender Vorteile : Gute Synchronisations- Möglichkeiten Sehr flexibel NI SoftMotion Programmierung, Tuning Tools Gutes Zusammenspiel zwischen Antrieb und Motor

8 PAC based mit CANopen & maxon Motor PAC based LabVIEW RT Befehl Anwendungs- Programm NI-SoftMotion crio Drive Interface EPOS-Library for RT crio CAN Interface Pfad- Generator Sollwert Position Position/Drehz. Sollwert Strom EPOS2, ADS, DEC DC Motor or EC Motor EPOS2 Strom- PWM Zykluszeit Leistungs- Verstärker PWM (z.b. 50 khz) Motor mit Encoder und Antrieb aktueller Strom aktuelle Position

9 PAC based mit CANopen & maxon Motor Befehl Anwendungs- Programm Pfad- Generator Sollwert Position crio CAN-Interface NI 9853 Position/Drehz. Sollwert Strom Strom- PWM Zykluszeit Leistungs- Verstärker PWM (z.b. 50 khz) Motor mit Encoder und Antrieb aktueller Strom aktuelle Position EPOS2 Familie EC oder DC Motor mit Encoder

10 PAC based mit CANopen & maxon Motor Einsatz: Mehrere verteilte Achsen Vorteile : Spezielles Tool EPOS Studio für EPOS Setup Auto Tuning des EPOS Studio Einfache Verdrahtung und Inbetriebnahme

11 EPOS System Motion Control Familie für maxon DC und EC Motoren mit Encoder Regler für Position, Drehzahl und Strom (Drehmoment) EPOS2 70 /10 11V 70V 10A / 25A EPOS2 24/2 9V 24V 2A / 4A EPOS2 Module 36/2 11V 36V 2A / 4A EPOS2 24/5 11V 24V 5A / 10A EPOS2 50/5 11V 50V 5A / 10A

12 EPOS2 Module 36/2 4 Achs Board

13 Demo EPOS System

14 EPOS Anbindung an crio EPOS2 Interface Example Beispiel Code mit FPGA Implementation Einfaches Positionierbeispiel EPOS2 NI-SoftMotion Interface Driver Wieder verwendbare Architektur VI Set für Kommunikation Integration mit NI SoftMotion Synchronisierte Mehrachs- Bewegungen möglich Bei Interesse: an

15 Das Spezielle an maxon-motoren Wicklung eines maxon DC-Motors. Rotor eines konventionellen DC-Motors. Das «Herzstück»: die selbsttragende Kupferwicklung. Vorteile der maxon DC-Motoren. Hoher Wirkungsgrad geringer Energieverbrauch Sehr kleines Massenträgheitsmoment höchste Beschleunigung Kleine Induktivität hohe Lebensdauer Lineare Kennlinien gute Regelbarkeit Kompakte Bauform gutes Volumen/Leistungsverhältnis Kein magnetisches Rastmoment Geringe elektromagnetische Störungen Hohe Zuverlässigkeit

16 maxon DC Motorfamilien RE Programm leistungsoptimiert hochwertiger DC-Motor mit NdFeB-Magnet hohe Drehzahlen und Drehmomente A-max Programm gutes Preis-Leistungsverhältnis DC-Motor mit AlNiCo-Magnet RE-max Programm Performance zwischen RE und A-max 6-65mm 12-32mm 13-29mm

17 maxon EC Motorfamilien maxon EC motor hohe Drehzahlen und Drehmomente EC-max gutes Preis-Leistungsverhältnis Drehzahlen bis ca min -1 EC-4pole leistungsoptimiert: viel Drehmoment Drehzahlen bis ca min -1 EC Flachmotor sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis Drehzahlen bis ca min -1 relativ viel Drehmoment

18 DC und EC Motoren im Vergleich DC-Motor einfacher Betrieb und Ansteuerung auch ohne Elektronik keine elektronischen Teile im Motor EC-Motor hohe Lebensdauer, hohe Drehzahlen vorgespannte Kugellager kein Bürstenfeuer Lebensdauer durch Bürstensystem beschränkt Drehzahlen durch Bürstensystem begrenzt Eisenverluste im Rückschluss braucht Elektronik für Betrieb mehr Kabel höhere Kosten elektronische Teile im Motor (Hallsensoren)

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