如何对电机进行精确控制?常见控制算法及研究方法解析

selina 在 周三, 04/12/2017 - 09:56 提交

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电机作为各种电器和机械的动力源,无论在工业应用还是个人项目上,几乎每位工程师和电子爱好者都会接触,可谓小电机大作用,今天我们就一起聊聊电机运动控制算法。

一、DSP与TI

为什么提到电机控制很多人首先会联想到DSP?而谈到DSP控制总绕不过TI,首先DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。该芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,提供特殊的指令,可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。基于DSP芯片构成的控制系统事实上是一个单片系统,因此整个控制所需的各种功能都可由DSP芯片来实现。因此,可以减小目标系统的体积,减少外部元件的个数,增加系统的可靠性。优点是稳定性好、精度高、处理速度快,目前在变频器、伺服行业有大量使用。主流的DSP厂家有美国德州仪器(Texas Instruments,TI)、ADI、motorola、杰尔等其他厂商,其中TI的TMS320系列以数字控制和运动控制为主,以价格低廉、简单易用、功能强大很受欢迎。

二、常见的电机控制算法及研究方法

1.电机控制按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。按结构和工作原理可划分:可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。不同的电机所采用的驱动方式也是不相同的,这次主要介绍伺服电机,伺服主要靠脉冲来定位,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因此,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,同时又与伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,进而很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。伺服电机相比较普通电机优势在于控制精度、低频扭矩,过载能力,响应速度等方面,所以被广泛使用于机器人,数控机床,注塑,纺织等行业,如图 1。

 如何对电机进行精确控制?常见控制算法及研究方法解析

2.传统控制平台只关注电机特性,新的运动控制平台由电机及加载系统、电机驱动程序调试系统、数据采集和电源系统组成。从电机到驱动构建出完整的硬件软件实验环境,提供全开放式的软硬件接口,具有丰富的可扩展性教学体验,全面可靠的保护措施,可做电机识别,堵转,电机效率测试,电机参数测定,电机T-N曲线测试,电机运动控制及编码器矢量转矩,无感矢量速度分析等测试,系统如图 2。

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三、PWM控制及测试结果

脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中,脉冲宽度调制是一种模拟控制方式,其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变,MES-100测试波形如图 3图 4。

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