電機(jī)選擇與控制算法技巧資料下載

更妙的是，高級(jí)算法如PID（比例-積分-微分）校正算法或者FOC（磁場(chǎng)定向控制，有時(shí)也稱之為矢量控制）控制算法能被固化到電機(jī)控制器中去。這使得理想的電機(jī)操作和負(fù)載及負(fù)載變化相匹配，從而強(qiáng)化電機(jī)性能。這些算法可以考慮到如馬達(dá)慣性等相關(guān)因素，并且使電機(jī)驅(qū)動(dòng)器適應(yīng)由于機(jī)械因素如隙或其它來(lái)源導(dǎo)致的錯(cuò)誤。利用這樣的算法使精確控制加速和扭矩曲線以及設(shè)置速度成為可能。 與有刷電機(jī)相比，無(wú)刷電機(jī)雖需更復(fù)雜的控制電路但卻可以表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。通常BLDC電機(jī)需要配備一個(gè)反饋傳感器，比如霍爾效應(yīng)器件，光學(xué)編碼器，或者反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)器件。（注意，通過(guò)獲取傳感反饋，傳統(tǒng)有刷電機(jī)也能達(dá)到高級(jí)控制的效果，但內(nèi)部設(shè)計(jì)和機(jī)電問(wèn)題還是會(huì)影響電機(jī)性能。） 另外一個(gè)無(wú)刷選擇是步進(jìn)電機(jī)（圖4），此時(shí)用到開(kāi)關(guān)的電磁鐵，電磁鐵安置在中間磁芯環(huán)旁。通常步進(jìn)的角度范圍為大約1.8°（200步/轉(zhuǎn)）至30°(12步/轉(zhuǎn))，取決于永磁鐵的個(gè)數(shù)，這個(gè)范圍之外的值也是可以實(shí)現(xiàn)的。 圖4：步進(jìn)電機(jī)中使用環(huán)繞在永久磁芯周圍的環(huán)形電磁極；通過(guò)改變這些電磁極的通電順序，電機(jī)可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力。（圖片來(lái)源：Microchip Webinar） 通常來(lái)說(shuō)步進(jìn)電機(jī)并不轉(zhuǎn)；取而代之，是軸一步一步定向移動(dòng)，繼而可被引導(dǎo)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)完整旋轉(zhuǎn)的一小部分，或者進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)。如果通電卻沒(méi)有步進(jìn)指向，它們會(huì)維持在原位置；步進(jìn)電機(jī)能以低rpm提供高扭矩。讓步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)最直接的方法是有序通斷電磁鐵，但這可能會(huì)帶來(lái)抖動(dòng)或振動(dòng)。為了在某些不能容忍上述問(wèn)題的情形下避免它們，一些高級(jí)的控制器支持了細(xì)分步進(jìn)，此時(shí)繞組也按如此方式通電，這會(huì)使步進(jìn)動(dòng)作更加流暢，當(dāng)然也比簡(jiǎn)單的通斷控制更有持續(xù)性。 在無(wú)刷電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域之間有重疊部分。步進(jìn)電機(jī)更適合于需要精確的進(jìn)退動(dòng)作，如撿拾和安置的應(yīng)用領(lǐng)域，而不是需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的領(lǐng)域，也適合于小的應(yīng)用領(lǐng)域如不需要電機(jī)來(lái)提供高扭矩或速度的領(lǐng)域。另一方面，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有無(wú)刷電機(jī)能效高。 還有許多其它的電機(jī)可供選擇。電機(jī)的系列很多并且復(fù)雜，有很多的分支。例如，永磁鐵同步電機(jī)（PMSM）是無(wú)刷電機(jī)（相對(duì)于轉(zhuǎn)子）和交流感應(yīng)電機(jī)（相對(duì)于定子結(jié)構(gòu)）的結(jié)合體。它顯示出了高能效、小體積中相對(duì)功率高、高扭矩重量比，快速響應(yīng)時(shí)間還有相對(duì)容易控制等等特點(diǎn)，但價(jià)格相對(duì)也比較高。 控制需要技巧 一個(gè)電機(jī)自身，甚至加上基本的電機(jī)電流控制部分，并不能構(gòu)成一個(gè)機(jī)器動(dòng)作系統(tǒng)，機(jī)器動(dòng)作系統(tǒng)的組成包含三個(gè)主要功能模塊（圖5）： 1. 實(shí)時(shí)控制器，表現(xiàn)為以下三種形式：一是作通常用途、運(yùn)行著動(dòng)作-控制固件的快速計(jì)算處理器；二是應(yīng)用在控制方面、面向DSP的FPGA；三是帶硬連線和內(nèi)置算法的專用控制器IC電路。 2. 一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)層，以把低層信號(hào)從控制器輸出中取出，然后輸出控制電子器件通斷所需要的高電壓/電流。 3. MOS管（或者其它開(kāi)關(guān)器件如IGBT或者雙極型晶體管），其真正控制了流向電機(jī)繞組的電流。 圖5：一個(gè)完整的電機(jī)控制鏈中包含用作算法執(zhí)行和計(jì)算的智能控制器?？刂破鞯妮敵鏊偷組OS管驅(qū)動(dòng)級(jí)，繼而反過(guò)來(lái)控制電機(jī)的電源開(kāi)關(guān)——MOS管；許多應(yīng)用中也存在著一個(gè)反饋回路，可以提供機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置信息，因而也能被用來(lái)改變速度和加速度。（來(lái)源：Bill Schweber） 選擇元器件時(shí)，具體MOS管的選取首要取決于電機(jī)和繞組所需的電流和電壓大小。盡管有成千上萬(wàn)種MOS管可供挑選，最終的選擇往往由電機(jī)的這些額定值所決定（當(dāng)然價(jià)格也是個(gè)很重要的考慮因素）。 一旦MOS管型號(hào)確定下來(lái)了，MOS管驅(qū)動(dòng)器的選擇則由MOS管的額定值所決定；如果額定值很大，那可能需要一系列驅(qū)動(dòng)組，取決于MOS管的尺寸。和MOS管本身的選擇一樣，驅(qū)動(dòng)器的選擇很大程度上取決于通斷MOS需要多大的電壓和電流。（注意此時(shí)在“驅(qū)動(dòng)器”這個(gè)術(shù)語(yǔ)上有模糊和重疊性，因此請(qǐng)仔細(xì)查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)；一個(gè)“驅(qū)動(dòng)器”可能指用來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管的模塊，也可能指“驅(qū)動(dòng)”電機(jī)線圈的MOS管?；蛘吒M(jìn)一步，在某些芯片上“驅(qū)動(dòng)器”IC同時(shí)包含了MOS管和它們的驅(qū)動(dòng)器。） (mbbeetchina)