摘要

為了增強(qiáng)邊緣智能，機(jī)電執(zhí)行器需要智能和高度集成的驅(qū)動(dòng)器解決方案。這些智能邊緣設(shè)備融合了執(zhí)行器和傳感器功能，支持在機(jī)器層面更好地進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，并向更高的控制層級(jí)、云或AI生產(chǎn)力解決方案提供原位反饋信息。本文討論了模擬和數(shù)字技術(shù)交匯之處——智能邊緣的智能驅(qū)動(dòng)器解決方案和技術(shù)。

引言

在尋求增強(qiáng)邊緣智能的過(guò)程中，機(jī)電執(zhí)行器等物理邊緣設(shè)備需要更多智能，才能獲得更好的機(jī)器實(shí)時(shí)決策等優(yōu)勢(shì)。這些執(zhí)行器提供智能、有價(jià)值和豐富的傳感器式反饋。此類(lèi)邊緣設(shè)備是工業(yè)4.0及更高階段的關(guān)鍵。它們控制機(jī)器人，操縱工廠流程并使之自動(dòng)化，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為物理運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提供高水平的智能和自我意識(shí)1。當(dāng)執(zhí)行器操縱物體時(shí)，傳感器則用于測(cè)量和量化實(shí)際參數(shù)，并將物理值轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字值。因此，執(zhí)行器和傳感器在大多數(shù)時(shí)候仍被認(rèn)為是不同的設(shè)備或部件。

步進(jìn)電機(jī)和電磁閥占據(jù)了這些機(jī)電執(zhí)行器的很大一部分，在每個(gè)工廠車(chē)間、各種汽車(chē)應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化等場(chǎng)合都可以看到。在實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)療應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用以及汽車(chē)應(yīng)用的推動(dòng)下，全球的步進(jìn)電機(jī)和電磁閥市場(chǎng)已達(dá)數(shù)十億美元，且在不斷增長(zhǎng)。這些應(yīng)用對(duì)執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備的自動(dòng)化和小型化要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器解決方案不能適應(yīng)這些新的要求，并且缺乏檢測(cè)能力。

全新的硅cDriver?解決方案由智能控制器和驅(qū)動(dòng)器組成，它將傳感器和執(zhí)行器功能融合到單個(gè)集成元件中，以便用在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制解決方案內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)邊緣智能執(zhí)行器2,3。對(duì)于只能在機(jī)電執(zhí)行器中直接獲得的系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)變量，可以就地進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估（如溫度、電磁閥反應(yīng)時(shí)間和電機(jī)負(fù)載值）。

傳感器功能與執(zhí)行器的這種融合改變了機(jī)電執(zhí)行器的范式。它們從簡(jiǎn)單的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)展成自我意識(shí)傳感器，可以有效地控制執(zhí)行器，并向更高的控制層級(jí)、云或AI生產(chǎn)力解決方案提供原位反饋數(shù)據(jù)。機(jī)電單元成為了傳感器。

機(jī)電執(zhí)行器——概述

步進(jìn)電機(jī)和電磁閥廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)和醫(yī)療健康領(lǐng)域。兩者有很多相似之處：銅線(xiàn)圈通電引起機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

兩相步進(jìn)電機(jī)通常由兩個(gè)電流源控制，這兩個(gè)電流源在步進(jìn)電機(jī)的兩相中感應(yīng)產(chǎn)生90°相移的正弦和余弦形狀的電流。流過(guò)步進(jìn)電機(jī)線(xiàn)圈（定子）的電流決定磁場(chǎng)的方向。轉(zhuǎn)子像指南針一樣在定子線(xiàn)圈的磁場(chǎng)中定向。以電氣方式控制磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子就能通過(guò)在磁場(chǎng)中的定向來(lái)旋轉(zhuǎn)。圖1顯示了標(biāo)準(zhǔn)混合步進(jìn)電機(jī)的定子/轉(zhuǎn)子布置和一些不同類(lèi)型步進(jìn)電機(jī)的示例。