【算法研究】如何對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確控制？

電機(jī)作為各種電器和機(jī)械的動(dòng)力源，無(wú)論在工業(yè)應(yīng)用還是個(gè)人項(xiàng)目上，幾乎每位工程師和電子愛(ài)好者都會(huì)接觸，可謂小電機(jī)大作用，今天我們就一起聊聊電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制算法。

一、DSP與TI

為什么提到電機(jī)控制很多人首先會(huì)聯(lián)想到DSP？而談到DSP控制總繞不過(guò)TI，首先DSP芯片是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。該芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門(mén)的硬件乘法器，提供特殊的指令，可以用來(lái)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法?；贒SP芯片構(gòu)成的控制系統(tǒng)事實(shí)上是一個(gè)單片系統(tǒng)，因此整個(gè)控制所需的各種功能都可由DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，可以減小目標(biāo)系統(tǒng)的體積，減少外部元件的個(gè)數(shù)，增加系統(tǒng)的可靠性。優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、精度高、處理速度快，目前在變頻器、伺服行業(yè)有大量使用。主流的DSP廠家有美國(guó)德州儀器（Texas Instruments，TI）、ADI、motorola、杰爾等其他廠商，其中TI的TMS320系列以數(shù)字控制和運(yùn)動(dòng)控制為主，以價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大很受歡迎。

二、常見(jiàn)的電機(jī)控制算法及研究方法

1、電機(jī)控制按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。不同的電機(jī)所采用的驅(qū)動(dòng)方式也是不相同的，這次主要介紹伺服電機(jī)，伺服主要靠脈沖來(lái)定位，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因此，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，同時(shí)又與伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，進(jìn)而很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。伺服電機(jī)相比較普通電機(jī)優(yōu)勢(shì)在于控制精度、低頻扭矩，過(guò)載能力，響應(yīng)速度等方面，所以被廣泛使用于機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，注塑，紡織等行業(yè)，如圖 1。

圖 1

2、傳統(tǒng)控制平臺(tái)只關(guān)注電機(jī)特性，新的運(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)程序調(diào)試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和電源系統(tǒng)組成。從電機(jī)到驅(qū)動(dòng)構(gòu)建出完整的硬件軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供全開(kāi)放式的軟硬件接口，具有豐富的可擴(kuò)展性教學(xué)體驗(yàn)，全面可靠的保護(hù)措施，可做電機(jī)識(shí)別，堵轉(zhuǎn)，電機(jī)效率測(cè)試，電機(jī)參數(shù)測(cè)定，電機(jī)T-N曲線測(cè)試，電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制及編碼器矢量轉(zhuǎn)矩，無(wú)感矢量速度分析等測(cè)試，系統(tǒng)如圖 2。

圖 2

三、PWM控制及測(cè)試結(jié)果

脈沖寬度調(diào)制是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中，脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變，MES-100測(cè)試波形如圖 3圖 4。

圖 3

圖 4