এই নিবন্ধটি মোটর নিয়ন্ত্রণের জন্য অবস্থান সনাক্তকরণ ইন্টারফেস তৈরি করার সময় শিল্প অটোমেশন ক্ষেত্রে ডিজাইনারদের মুখোমুখি হওয়া সাধারণ চ্যালেঞ্জগুলিকে সম্বোধন করে{0}}বিশেষত, উচ্চ গতির এবং ছোট আকারের প্রয়োজনের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অবস্থান সনাক্তকরণ। মোটর অবস্থান সঠিকভাবে পরিমাপ করতে এনকোডার থেকে প্রাপ্ত তথ্য ব্যবহার করা অটোমেশন এবং যন্ত্রপাতির সফল অপারেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। দ্রুত, উচ্চ-রেজোলিউশন, ডুয়াল-চ্যানেল সিঙ্ক্রোনাস স্যাম্পলিং অ্যানালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তরকারী (ADC) এই ধরনের সিস্টেমের অপরিহার্য উপাদান।
ভূমিকা
সঠিক মোটর ঘূর্ণন তথ্য যেমন অবস্থান, গতি এবং দিকনির্দেশনা উদীয়মান অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সুনির্দিষ্ট ড্রাইভ এবং কন্ট্রোলার তৈরি করার জন্য অপরিহার্য, যেমন সমাবেশ মেশিন যা সীমিত স্থান সহ PCB এলাকায় মাইক্রো{0}} উপাদানগুলি মাউন্ট করে। সম্প্রতি, মোটর নিয়ন্ত্রণ ক্ষুদ্রকরণ করা শুরু করেছে, স্বাস্থ্যসেবা শিল্পে নতুন অস্ত্রোপচার রোবোটিক্স অ্যাপ্লিকেশন এবং মহাকাশ ও প্রতিরক্ষায় নতুন ড্রোন অ্যাপ্লিকেশন সক্ষম করে। ছোট মোটর কন্ট্রোলার শিল্প এবং বাণিজ্যিক সমাবেশে নতুন অ্যাপ্লিকেশন চালাচ্ছে। ডিজাইনারদের জন্য, চ্যালেঞ্জ হল রোবটিক অস্ত্রের মতো ক্ষুদ্র প্যাকেজের ভিতরে ইনস্টলেশনের জন্য সীমিত PCB স্থানের মধ্যে সমস্ত উপাদানকে একীভূত করার সময় উচ্চ গতির অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অবস্থান প্রতিক্রিয়া সেন্সরগুলির উচ্চ-নির্ভুলতা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা৷
চিত্র 1. বন্ধ-লুপ মোটর কন্ট্রোল ফিডব্যাক সিস্টেম
মোটর নিয়ন্ত্রণ
মোটর নিয়ন্ত্রণ লুপ (চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে) প্রাথমিকভাবে একটি মোটর, একটি নিয়ামক এবং একটি অবস্থান প্রতিক্রিয়া ইন্টারফেস নিয়ে গঠিত। মোটরটি শ্যাফ্টকে ঘোরায়, রোবটিক আর্মটিকে সেই অনুযায়ী চলার জন্য চালিত করে। মোটর কন্ট্রোলার পরিচালনা করে যখন মোটর বল প্রয়োগ করে, কখন এটি থামে বা কখন এটি ঘূর্ণায়মান থাকে। লুপের মধ্যে অবস্থানের ইন্টারফেস নিয়ামককে গতি এবং অবস্থানের তথ্য প্রদান করে। পিসিবি মাউন্ট করা ক্ষুদ্র সারফেস-হ্যান্ডলিং অ্যাসেম্বলি মেশিনের জন্য, এই ডেটা সঠিক অপারেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। এই সমস্ত অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ঘূর্ণায়মান বস্তুর সঠিক অবস্থান পরিমাপের প্রয়োজন।
মোটর শ্যাফ্টের অবস্থান নির্ভুলভাবে সনাক্ত করতে, সংশ্লিষ্ট মাইক্রো- উপাদানগুলি তুলতে, এবং বোর্ডে সঠিক স্থানে স্থাপন করতে পজিশন সেন্সরগুলির অবশ্যই অত্যন্ত উচ্চ রেজোলিউশন থাকতে হবে৷ উপরন্তু, উচ্চ মোটর গতি বৃহত্তর লুপ ব্যান্ডউইথ এবং কম লেটেন্সি দাবি করে।
অবস্থান প্রতিক্রিয়া সিস্টেম
কম-অন্তিম অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, ক্রমবর্ধমান সেন্সর এবং তুলনাকারী ব্যবহার করে অবস্থান সনাক্তকরণ প্রয়োগ করা যেতে পারে। যাইহোক, উচ্চ-অ্যাপ্লিকেশানগুলি আরও জটিল সিগন্যাল চেইনের দাবি করে। এই ফিডব্যাক সিস্টেমগুলি এনালগ ফ্রন্ট-এন্ড সিগন্যাল কন্ডিশনিং, একটি ADC, এবং একটি ADC ড্রাইভার দ্বারা অনুসরণ করে অবস্থান সেন্সরগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে। ডিজিটাল ডোমেনে প্রবেশ করার আগে ডেটা এই উপাদানগুলির মধ্য দিয়ে যায়। সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট অবস্থান সেন্সর হল অপটিক্যাল এনকোডার। একটি অপটিক্যাল এনকোডারে একটি LED আলোর উত্স, মোটর শ্যাফ্টের সাথে সংযুক্ত একটি চিহ্নিত ডিস্ক এবং একটি ফটোডিটেক্টর থাকে। ডিস্কে অস্বচ্ছ এবং স্বচ্ছ মুখোশযুক্ত এলাকা রয়েছে যা আলোকে আটকে দেয় বা যেতে দেয়। ফটোডিটেক্টর এই আলোক সংকেত সনাক্ত করে, অন/অফ লাইট পালসকে ইলেকট্রনিক সিগন্যালে রূপান্তর করে।
ডিস্কটি ঘোরার সাথে সাথে ফটোডিটেক্টর (ডিস্কের প্যাটার্নের সাথে সিঙ্ক্রোনাইজ করা) ছোট সাইন এবং কোসাইন সংকেত তৈরি করে (mV বা µV স্তরে)। এই কনফিগারেশনটি পরম অবস্থানের অপটিক্যাল এনকোডারগুলির জন্য সাধারণ। এই সিগন্যালগুলি এনালগ সিগন্যাল কন্ডিশনিং সার্কিটে প্রবেশ করে (সাধারণত 1 V পিক-থেকে-পিক রেঞ্জ পর্যন্ত সিগন্যাল পাওয়ার জন্য আলাদা অ্যামপ্লিফায়ার বা অ্যানালগ PGA এর সমন্বয়ে গঠিত), সাধারণত ADC ইনপুট ভোল্টেজ রেঞ্জকে সর্বাধিক গতিশীল পরিসরের সাথে মেলাতে। প্রতিটি পরিবর্ধিত সাইন এবং কোসাইন সংকেত তারপর একটি সিঙ্ক্রোনাস নমুনা ADC এর ড্রাইভ পরিবর্ধক দ্বারা ক্যাপচার করা হয়।
ADC-এর প্রতিটি চ্যানেলকে একই সাথে সাইন এবং কোসাইন ডেটা পয়েন্টগুলি অর্জন করতে সিঙ্ক্রোনাস স্যাম্পলিং সমর্থন করতে হবে, কারণ এই মিলিত পয়েন্টগুলি অক্ষ অবস্থানের তথ্য প্রদান করে। ADC রূপান্তর ফলাফল একটি ASIC বা মাইক্রোকন্ট্রোলারে পাঠানো হয়। মোটর কন্ট্রোলার প্রতিটি PWM চক্রের সময় এনকোডার অবস্থান পোল করে এবং প্রাপ্ত কমান্ড অনুযায়ী মোটর চালানোর জন্য এই ডেটা ব্যবহার করে। অতীতে, সীমিত বোর্ড স্পেসে একীভূত করার জন্য, সিস্টেম ডিজাইনারদের হয় এডিসি গতি বা চ্যানেল গণনা ত্যাগ করতে হয়েছিল।
চিত্র 2. অবস্থান প্রতিক্রিয়া সিস্টেম
অবস্থান প্রতিক্রিয়া অপ্টিমাইজ করুন
প্রযুক্তির উন্নতির সাথে সাথে, মোটর কন্ট্রোল অ্যাপ্লিকেশানগুলি যাতে উচ্চ- নির্ভুল অবস্থান সনাক্তকরণের প্রয়োজন হয় সেগুলি ক্রমাগত উদ্ভাবন করছে৷ অপটিক্যাল এনকোডারের রেজোলিউশন ডিস্কের সূক্ষ্ম ফটোলিথোগ্রাফযুক্ত স্লটের সংখ্যা দ্বারা নির্ধারিত হতে পারে, সাধারণত শত শত থেকে হাজার হাজার পর্যন্ত। এই সাইন এবং কোসাইন সংকেতগুলিকে উচ্চ-গতি, উচ্চ-পারফরম্যান্স ADC-তে খাওয়ানোর মাধ্যমে, এনকোডার ডিস্কে সিস্টেম পরিবর্তনের প্রয়োজন ছাড়াই উচ্চতর রেজোলিউশন সহ এনকোডার তৈরি করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, কম হারে এনকোডারের সাইন এবং কোসাইন সিগন্যালগুলির নমুনা শুধুমাত্র সীমিত সংখ্যক সিগন্যাল মান ক্যাপচার করে, যেমনটি চিত্র 3 এ দেখানো হয়েছে; এটি অবস্থান ক্যাপাসিট্যান্সের নির্ভুলতা সীমাবদ্ধ করে। চিত্র 3-এ, ADC-এর সাথে উচ্চ হারে স্যাম্পলিং আরও বিশদ সংকেত মানগুলি অর্জনের অনুমতি দেয়, আরও সুনির্দিষ্ট অবস্থান নির্ধারণ করতে সক্ষম করে। ADC-এর উচ্চ-গতির স্যাম্পলিং রেট ওভারস্যাম্পলিংকে সমর্থন করে, শব্দ কার্যক্ষমতা আরও উন্নত করে এবং কিছু ডিজিটাল পোস্ট{11}}প্রসেসিং প্রয়োজনীয়তা দূর করে৷ একই সাথে, ADC-এর আউটপুট ডেটা রেট হ্রাস করা যেতে পারে, যার অর্থ এটি ধীরগতির সিরিয়াল ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত সমর্থন করে, যার ফলে ডিজিটাল ইন্টারফেস সহজতর হয়। মোটর অবস্থান ফিডব্যাক সিস্টেম মোটর সমাবেশে মাউন্ট করা হয়, যা কিছু অ্যাপ্লিকেশনে অত্যন্ত কম্প্যাক্ট হতে পারে। অতএব, উপলব্ধ সীমিত PCB এলাকায় এনকোডার মডিউল ফিট করার জন্য আকার গুরুত্বপূর্ণ। একটি ক্ষুদ্র প্যাকেজের মধ্যে একাধিক চ্যানেল উপাদান একত্রিত করা উল্লেখযোগ্য স্থান সঞ্চয় প্রদান করে।
চিত্র 3. স্যাম্পলিং রেট
অপটিক্যাল এনকোডার পজিশন ফিডব্যাকের ডিজাইন উদাহরণ
চিত্র 4 অপটিক্যাল এনকোডার পজিশন ফিডব্যাক সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত একটি অপ্টিমাইজড সমাধানের উদাহরণ তুলে ধরে। এই সার্কিটটি পরম-টাইপ অপটিক্যাল এনকোডারের সাথে সহজেই ইন্টারফেস করে, তারপর এনকোডার থেকে ডিফারেনশিয়াল সাইন এবং কোসাইন সিগন্যাল সহজেই ক্যাপচার করে। ADA4940-2 ফ্রন্ট-এন্ড এম্প্লিফায়ার হল একটি ডুয়াল-চ্যানেল, কম-শব্দ, সম্পূর্ণ ডিফারেনশিয়াল এমপ্লিফায়ার যা AD7380 চালাতে ব্যবহৃত হয়। পরবর্তীটি হল একটি দ্বৈত-চ্যানেল, 16-বিট, সম্পূর্ণ ডিফারেনশিয়াল, 4 MSPS সিঙ্ক্রোনাস স্যাম্পলিং SAR ADC একটি কমপ্যাক্ট 3 মিমি × 3 মিমি LFCSP প্যাকেজে রাখা হয়েছে। অন-চিপ 2.5 V রেফারেন্স ভোল্টেজ সোর্স এই সার্কিটটিকে ন্যূনতম সংখ্যক উপাদানের সাথে প্রয়োগ করতে সক্ষম করে। ADC-এর VCC এবং VDRIVE, অ্যামপ্লিফায়ার ড্রাইভারের সাপ্লাই রেল সহ, LDO নিয়ন্ত্রকদের দ্বারা চালিত হতে পারে যেমন LT3023 এবং LT3032৷ যখন এই রেফারেন্স ডিজাইনগুলি আন্তঃসংযুক্ত হয় (যেমন, একটি 1024-স্লট অপটিক্যাল এনকোডার ব্যবহার করে প্রতি এনকোডার ডিস্ক বিপ্লবে 1024 সাইন এবং কোসাইন চক্র তৈরি করে), 16-বিট AD7380 প্রতিটি এনকোডার স্লট 216 কোড জুড়ে নমুনা করে, 6 বিট রেজোলিউশনের 6 বিট রেজোলিউশনে বৃদ্ধি করে। 4 MSPS থ্রুপুট রেট সর্বশেষ এনকোডার অবস্থানের ডেটা সহ বিশদ সাইন এবং কোসাইন চক্র তথ্য ক্যাপচার নিশ্চিত করে। এই উচ্চ থ্রুপুটটি অন-চিপ ওভারস্যাম্পলিং বাস্তবায়ন করতে সক্ষম করে, যখন ডিজিটাল ASIC বা মাইক্রোকন্ট্রোলার মোটরকে সুনির্দিষ্ট এনকোডার অবস্থানের প্রতিক্রিয়া ফিড করে তখন বিলম্ব কমায়। AD7380-এর অন-চিপ ওভারস্যাম্পলিং-এর আরেকটি সুবিধা হল অতিরিক্ত 2 বিট রেজোলিউশন যোগ করার সম্ভাবনা, যা অন-চিপ রেজোলিউশন বর্ধিতকরণ বৈশিষ্ট্যের সাথে মিলিত হতে পারে। এই রেজোলিউশন বর্ধিতকরণ আরও সঠিকতা উন্নত করে, 28 বিট পর্যন্ত অর্জন করে। অ্যাপ্লিকেশান নোট AN-2003 AD7380 এর ওভারস্যাম্পলিং এবং রেজোলিউশন বর্ধিত করার ক্ষমতা সম্পর্কে বিস্তারিত তথ্য প্রদান করে।
চিত্র 4. অপ্টিমাইজড ফিডব্যাক সিস্টেম ডিজাইন
উপসংহার
মোটর নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা উচ্চ নির্ভুলতা, দ্রুত গতি এবং বৃহত্তর ক্ষুদ্রকরণের দাবি করে। অপটিক্যাল এনকোডারগুলি মোটর অবস্থান সনাক্তকরণ ডিভাইস হিসাবে কাজ করে। অতএব, মোটর অবস্থান পরিমাপ করার সময় অপটিক্যাল এনকোডার সিগন্যাল চেইন অবশ্যই উচ্চ নির্ভুলতা প্রদান করবে। উচ্চ-গতি, উচ্চ-থ্রুপুট ADC সঠিকভাবে তথ্য ক্যাপচার করে এবং নিয়ামকের কাছে মোটর অবস্থানের ডেটা প্রেরণ করে। AD7380 এর গতি, ঘনত্ব এবং কর্মক্ষমতা শিল্পের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে যখন অবস্থান প্রতিক্রিয়া সিস্টেমে উচ্চতর নির্ভুলতা সক্ষম করে এবং সিস্টেম বাস্তবায়ন অপ্টিমাইজ করে।
লেখক
জোনাথন কোলাও