典型数字化电机驱动控制系统的组成（电机驱动研发）

车间设备线—— 装配系统变得越来越复杂，为高度灵活的模块化装配机增添了智能。为了将这些机器提升到一个新的水平，每个组件都需要针对实时通信和监控进行优化。毕竟，整个装配中仅一个部件出现故障就可能导致完全停机。

数字处理—— 数字技术对原型设计和制造产生了巨大影响。就像3D 打印一样，数控铣削和激光切割等应用也得到了广泛应用，加快了各行业的开发周期。现在可以直接从设计软件制造实际产品，依靠具有集成安全功能的精确可靠的运动控制，从而产生更安全、更可靠和最高效的设备。

自动拾放机—— 虽然拾放机似乎只执行基本运动，但有些机器需要最大的灵活性来完成要求较高的任务，例如将单个组件放置在PCB 上或从传送带上拾取物体并相应地放置它们。无论何种任务，所有贴片机都需要高效、可靠且灵活的驱动器。

测试测量设备—— 在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器呈现精密化、集成化、智能化的趋势。当谈到测试和测量设备时，准确性和可重复性是获得可靠结果的关键。例如，三维坐标测量对于生产中所有三维复杂零件的尺寸、形状和相互位置的高精度测量至关重要。

输送系统—— 物料的传输在工厂运营中起着非常重要的作用。它是工业生产的重要环节。良好的物料流转方式不仅可以节省时间、人力和成本，还能保持生产线的运行，并且会大大提高我们的生产效率。

几乎在所有这些工业应用场景中，我们都可以发现电机在其中发挥着重要的作用。随着工业制造的数字化发展，市场对步进电机的要求越来越严格。它们不仅要求低噪音、运行平稳、高能效、高速度和大扭矩，还要求增加对设备和过程异常行为的实时监控。优化。

尤其是与系统功能密切相关的步进电机，如果在芯片级集成先进的诊断，实现运动和力的控制和监测，可以提前实现工业4.0的部分自动诊断功能，提高精度、可靠性和可靠性。效率，无论是数字加工、车间装配线，还是自动拾放机或生产线测试和测量设备，都将实现更高的精度和效率，并显着减少停机时间。

基于创新技术的无传感器运动

如何在步进电机应用中实现运动和力控制？传统思维可能立刻想到：首先，添加扭矩传感器；其次，检测电机电流。然而，增加力传感器会增加系统成本。对于开环系统中的步进电机，多采用恒流斩波控制，其电流是恒定的。检测电机电流只能增加编码器的数量，而且这种方法也会增加控制系统的成本。

步进电机和BLDC 等电机利用磁场来旋转，从转子的角度来看，定子的电磁场拉动或推动转子。这就导致转子磁场和定子旋转磁场方向之间产生相移，这就是负载角，或者说是电机转子和定子两个磁场方向之间的角度。正常负载情况下，负载角较低，流入电机的部分能量也流回电源，产生反电动势。该反电动势代表电机上的机械负载，这意味着它可以用于监控驱动系统的实际负载状况，而无需使用其他组件。

利用电机的反电动势原理，ADI Trinamic 电机驱动器StallGuard 和CoolStep 为电机应用添加了电机负载检测功能，以实现无传感器归位和失速保护。 StallGuard 是一种用于步进电机的无传感器负载测量装置，可提供经济高效的负载角反馈。灵敏度可以根据应用需求进行调整，使其成为无传感器归位、自校准、距离测量或验证所有机械装置是否完好无损。非常适合在安全裕度内运行，无需参考或限位开关，并降低需要精确参考的应用的成本和复杂性。通常，开环步进驱动器会由于过载情况下（例如轴被阻塞时）失速而丢失步数。 StallGuard 技术可防止失步，并在达到设定负载值时停止电机，从而保持步进完整性。无传感器技术可以检测多达1024 个不同的负载水平，为系统的连续监控提供高分辨率反馈。

CoolStep 提供基于StallGuard 值的动态电流控制，无传感器负载相关电流控制最初是为医疗设备和实验室自动化开发的，始终以实际负载条件所需的最小量驱动电机。基于CoolStep和StallGuard技术，可降低电机能耗高达90%，并有效减少热量产生。此外，通过消除电流安全裕度并允许临时电流提升，CoolStep 允许使用更小的电机，因为所需的扭矩储备更少。

适用于工业运动中的无传感器争议诊断

电机驱动解决方案

在StallGuard 和CoolStep 的支持下，可以通过实时监控异常行为来优化整个电机控制系统。无论是机械磨损还是负载不在规定范围内，ADI Trinamic 的嵌入式解决方案都可以检测和标记事件，将电机和整个系统集成为“传感器”，通过向数据集中添加有价值的信息来实时控制生产线，从而提高效率。

TMC5160是一款大功率步进电机控制驱动芯片，具有步进/方向接口和串行通信接口（SPI）。它将用于自动目标定位的灵活斜坡发生器与业界先进的步进电机驱动器相结合。高动态、高扭矩电机驱动（高达20A 线圈电流）由外部晶体管实现，使系统小型化和性能可扩展性成为可能，从而实现经济高效的解决方案。在实现高性能的基础上，完整的解决方案可以尽可能缩短学习时间，加快上市时间。

TMC4671 是另一款适用于工业电机驱动的全集成伺服控制器，为BLDC/PMSM 和两相步进电机以及直流电机和音圈提供磁场定向控制(FOC)。所有控制功能均在硬件中实现。集成ADC、位置传感器接口和位置插补器使功能齐全的伺服控制器适用于各种伺服应用。或者，客户可以采用用于两相双极步进电机的三轴电机控制器/驱动器板TMCM-3351 或用于无传感器负载相关电流控制的六轴步进电机控制器/驱动器模块TMCM-6110。

易用性和成本效益原则是ADI Trinamic设计人员在设计步进电机驱动芯片时的指导原则。这些解决方案将强大的步进电机驱动器和运动控制器集成在一块芯片上，将数字信息直接转换为平滑、精确和可靠的物理运动。它们广泛应用于机器人、工业驱动、纺织、缝纫机、包装、工厂和实验室自动化、高速3D打印机、液体处理、医疗、办公自动化、视频监控、ATM等应用。

原文转载自Analog Devices