電機(jī)控制如何做到好的驅(qū)動(dòng)

電機(jī)，無論其類型如何，都需匹配某種類型的控制器，這些控制器的特性和復(fù)雜性可能有所不同，這主要取決于特定電機(jī)的功能。電機(jī)控制機(jī)構(gòu)最簡單的例子是一個(gè)將電機(jī)與其電源相連的常規(guī)開關(guān)，此開關(guān)可以是手動(dòng)控制器，也可以是連接到自動(dòng)傳感器的繼電器，用于啟動(dòng)和停止電機(jī)。

控制電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備

面對(duì)”對(duì)的時(shí)間”之前，還有一項(xiàng)“送電”的事前工作需準(zhǔn)備，也就是需要確定驅(qū)動(dòng)電路。它所擔(dān)任的角色是如何設(shè)計(jì)可控制的供電系統(tǒng)，它需要具以下信息，以確保可線路板設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)，電子元器件等硬件滿足系統(tǒng)需要。

供電能力大小，需與電機(jī)的規(guī)格相匹配。接收控制命令操作，需與控制器搭配。電源傳輸效率，信號(hào)及電源可正常傳輸，不受到其他信號(hào)或電磁波干擾。系統(tǒng)置于操作環(huán)境下，是否可以正常運(yùn)作。安全防護(hù)能力。

有了完善的驅(qū)動(dòng)電路后，才能確定“對(duì)的時(shí)間”，雖然使用時(shí)間是名詞，但其真正表示的意思為“位置”，即為電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的相對(duì)位置，或可稱為角度。

Τ=1/2π·I·L·D^2·N·Sin(δ)

以上方程式為電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式，其中Sin(δ)表示電機(jī)的電流與磁場的夾角，當(dāng)Sin(90°) =1為最大值，Sin(0°)=0為最小值，在”對(duì)的夾角位置“輸送”電流“給電機(jī)，才可達(dá)到最佳的輸出效果。

如何做到“對(duì)的時(shí)間”

要做到”對(duì)的時(shí)間”，第一關(guān)是獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子正確的位置，即需依賴位置傳感器的運(yùn)用。然而位置判斷會(huì)受到傳感器解析度、安裝位置、信號(hào)處理、資料傳輸、編程計(jì)算等產(chǎn)生誤差的現(xiàn)象，其可能原因分析如下：

分辨率度不足會(huì)導(dǎo)致傳感器無法直接標(biāo)示出該送電的位置點(diǎn)，需要再經(jīng)由信號(hào)處理的技巧間接求得。若具備有充分解析度的傳感器，則無須擔(dān)心安裝問題，反之若安裝位置偏差亦無法直接標(biāo)示正確位置點(diǎn)。傳感器所提供的為電子信號(hào)，使用上是以觀察電壓位準(zhǔn)變化來判斷位置變化，然而所有電壓位準(zhǔn)的變化，事實(shí)上都是依賴電流傳輸來達(dá)成的。傳感器電路中，常加入電容來進(jìn)行濾波及穩(wěn)壓等工作，穩(wěn)定電壓位準(zhǔn)，但亦會(huì)影響電流工作時(shí)間，使電壓位準(zhǔn)需要較長的變化時(shí)間，產(chǎn)生延遲的現(xiàn)象。經(jīng)由傳感器所獲得之電子信號(hào)，需傳輸至控制器方可使用，然后，在控制電路板上會(huì)具有電容及電感元件，影響電子信號(hào)進(jìn)入控制器的時(shí)間。位置信號(hào)進(jìn)入控制器后，可能還需要經(jīng)過運(yùn)算或是處理，或是要等其它程序先跑完等因素，導(dǎo)致無法立即性對(duì)位置信號(hào)做出反應(yīng)。

以上列出幾項(xiàng)較常見之發(fā)生原因作為參考，獲得正確的位置信息后，則要送入”電流”進(jìn)入電機(jī)，需注意”對(duì)的時(shí)間”是指電流進(jìn)入電機(jī)運(yùn)作的時(shí)間，電機(jī)可視為電感性元件，會(huì)導(dǎo)致電流進(jìn)入電機(jī)的時(shí)間大幅延后。事實(shí)上，電機(jī)內(nèi)的電感值，會(huì)受到流入電流大小及電源切換頻率(轉(zhuǎn)速)而改變，因此在不同的轉(zhuǎn)速下，電流延遲時(shí)間亦會(huì)產(chǎn)生變化。

另外也要注意從控制器接收位置信號(hào)，到處理完成輸出控制命令的所需時(shí)間，還有開關(guān)元件的響應(yīng)時(shí)間及頻寬問題，都有可能導(dǎo)致送入電流的時(shí)間受到影響。

如何做到好的驅(qū)動(dòng)

確保信號(hào)的傳速速率：信號(hào)的延遲已為必然的結(jié)果，但若延遲的速率為固定且已知，則可由硬體或是軟件方式去補(bǔ)償；由于方程式中的計(jì)算函數(shù)為Sin(δ)，故差異角度不大，則其計(jì)算值仍非常接近1，影響并不大。能有效地確保信號(hào)傳速，則需依靠電路設(shè)計(jì)之能力，包括各項(xiàng)電子元件的選配、電源能量配置及電路布線規(guī)劃等等。

軟件編程能力：電機(jī)驅(qū)動(dòng)程式對(duì)于控制器的負(fù)擔(dān)并不大，但控制器同時(shí)需處理許多工作，因此權(quán)重、順序及注意掌握運(yùn)算的時(shí)間。若選擇高階的控制器，其運(yùn)算反應(yīng)速度快，不需要擔(dān)心彼此拖累時(shí)間的問題。對(duì)于低階的控制器，則連程式編譯需注意，可能需要直接使用組合語言撰寫程式碼，以達(dá)到最短的程式執(zhí)行時(shí)間。

電機(jī)系統(tǒng)整體理解性：做電機(jī)驅(qū)動(dòng)仍需對(duì)電機(jī)要有深刻性的理解，目前電子電路系統(tǒng)大多是針對(duì)電壓信號(hào)作控制及處理，一來電流值并不大，二來考慮電流產(chǎn)生的損失及電磁波影響。電機(jī)系統(tǒng)中，電流才是轉(zhuǎn)矩力量的直接來源，觀察電流的變化重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電壓。電機(jī)內(nèi)的電感及產(chǎn)生的電磁波都遠(yuǎn)大于電子電路系統(tǒng)，若考慮不適當(dāng)，很有可能反灌至驅(qū)動(dòng)電路中直接造成不良影響。再者，電機(jī)所處的使用環(huán)境較為嚴(yán)苛，若要將電路直接置于電機(jī)內(nèi)部時(shí)，需特別注意。

結(jié)論

根據(jù)電機(jī)的應(yīng)用，控制器可以提供不同的功能，它們有助于電機(jī)在低電壓條件下啟動(dòng)，允許多種速度或反向控制操作，防止過電流和過載故障，并執(zhí)行各種其他功能。一些復(fù)雜的電機(jī)控制裝置也有助于有效控制電機(jī)的速度和扭矩，也可能是負(fù)責(zé)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器精確定位的閉環(huán)控制系統(tǒng)的一部分。

編輯：黃飛

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