作為各種電器和機(jī)械的動(dòng)力源，幾乎每個(gè)工程師和電子發(fā)燒友都會(huì)在工業(yè)應(yīng)用和個(gè)人項(xiàng)目中接觸到它?？梢哉f(shuō)小電機(jī)作用很大。今天，我們將討論電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制算法。

一、DSP與TI

為什么很多人一提到電機(jī)控制就首先想到DSP？說(shuō)到DSP控制，TI是繞不過(guò)去的。首先，DSP芯片是一種特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。該芯片采用程序和數(shù)據(jù)分離的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專用硬件乘法器并提供專用指令，可用于快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法?；贒SP芯片的控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，所以整個(gè)控制所需的各種功能都可以通過(guò)DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，它可以減少目標(biāo)系統(tǒng)的體積，減少外部組件的數(shù)量，并增加系統(tǒng)的可靠性。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，精度高，加工速度快。目前廣泛應(yīng)用于變頻器和伺服行業(yè)。主流的數(shù)字信號(hào)處理器制造商包括德州儀器(TI)、ADI、摩托羅拉、吉爾等制造商。其中TI的TMS320系列以數(shù)字控制和運(yùn)動(dòng)控制為主，因價(jià)格低廉、使用方便、功能強(qiáng)大而廣受歡迎。

二、常見的電機(jī)控制算法及研究方法

1.電機(jī)控制按工作電源類型劃分：可分為DC電機(jī)和交流電機(jī)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理，可分為DC電機(jī)、異步電機(jī)和同步電機(jī)。不同的電機(jī)采用不同的驅(qū)動(dòng)方式。這次主要介紹伺服電機(jī)。伺服主要靠脈沖定位。當(dāng)伺服電機(jī)接收到一個(gè)脈沖時(shí)，它會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)與脈沖相對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移。所以伺服電機(jī)本身就有發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)數(shù)量的脈沖，同時(shí)將伺服電機(jī)接收到的脈沖回波，或者閉環(huán)，從而非常精確地控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。與普通電機(jī)相比，伺服電機(jī)在控制精度、低頻轉(zhuǎn)矩、過(guò)載能力和響應(yīng)速度方面具有優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、注塑、紡織等行業(yè)，如圖1所示。

圖1

2.傳統(tǒng)控制平臺(tái)只關(guān)注電機(jī)特性，而新型運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)由電機(jī)及加載系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及供電系統(tǒng)組成。從電機(jī)到驅(qū)動(dòng)構(gòu)建了一個(gè)完整的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供完全開放的軟硬件接口，豐富的可擴(kuò)展教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，全面可靠的保護(hù)措施，可以做電機(jī)識(shí)別、堵轉(zhuǎn)、電機(jī)效率測(cè)試、電機(jī)參數(shù)測(cè)量、電機(jī)T-N曲線測(cè)試、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和編碼器矢量轉(zhuǎn)矩、無(wú)感矢量速度分析等。系統(tǒng)如圖2所示。

圖2

三、PWM控制及測(cè)試結(jié)果

脈寬調(diào)制(PWM)是一種利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)控制模擬電路的非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于從測(cè)量和通信到功率控制和轉(zhuǎn)換的許多領(lǐng)域。PWM是一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)負(fù)載的變化，調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，從而改變晶體管或MOS管的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出。MES-100的測(cè)試波形如圖3和圖4所示。

圖3

圖4