高效的步進(jìn)電機(jī)控制算法

在對(duì)基于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，工程師必須綜合考慮成本、性能、效率、未預(yù)料到的反饋難題（如機(jī)械共振）以及開發(fā)時(shí)間等因素?，F(xiàn)代的電機(jī)控制系統(tǒng)面臨著在多種不利環(huán)境中工作的難題，而傳統(tǒng)解決方案的總效率通常受限于整個(gè)系統(tǒng)所遇到的最壞情況。自適應(yīng)控制算法對(duì)于提取出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的機(jī)電系統(tǒng)的最大效率而言是必不可少的。

系統(tǒng)映射
如果希望得到最高效率，就必須對(duì)整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的邊界條件進(jìn)行映射。所有的系統(tǒng)變量都必須考慮到：溫度、機(jī)械降解、加速度、速度、電源電壓等等。系統(tǒng)架構(gòu)也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

在開環(huán)系統(tǒng)中，通常需要以最壞情況下的電流驅(qū)動(dòng)和速度曲線來(lái)激勵(lì)電機(jī)，所以我們可以認(rèn)為效率并不是這類系統(tǒng)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)。這種類型的測(cè)試非常耗費(fèi)時(shí)間，因?yàn)楸仨氃陔姍C(jī)可能使用的所有電源電壓、溫度和速度值下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，以盡量減小出現(xiàn)共振的風(fēng)險(xiǎn)。每個(gè)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)都存在發(fā)生共振的可能，這通常是因?yàn)楣ぷ髟冢ɑ蚪咏冢╇姍C(jī)的自然頻率而造成的。避開這些區(qū)域是至關(guān)重要的，因?yàn)楣舱窨赡軙?huì)造成電機(jī)丟步或進(jìn)入失速狀態(tài)。不過(guò)，對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)而言，確定這些區(qū)域可能是非常困難的。

閉環(huán)控制通常采用以下兩種形式：基于傳感器的系統(tǒng)（光或是霍爾效應(yīng)）和無(wú)傳感器的系統(tǒng)。無(wú)傳感器的系統(tǒng)也稱為“半閉環(huán)系統(tǒng)”，通常使用由電機(jī)線圈所產(chǎn)生的電壓來(lái)作為反饋?；趥鞲衅鞯目刂葡到y(tǒng)使用得很廣泛，但是在映射實(shí)踐中必須考慮傳感器的其他變化。無(wú)傳感器的系統(tǒng)的一項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)在于，它只需要讀取與電機(jī)的物理運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信息。它的另一項(xiàng)重要的優(yōu)勢(shì)是降低了閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)成本，同時(shí)，由于不需要外部傳感器，也降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。成功的設(shè)計(jì)需要理解反電動(dòng)勢(shì)的特性。

SLA映射
反電動(dòng)勢(shì)可以方便地提取出與機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的詳細(xì)信息，并提供診斷數(shù)據(jù)。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流脈沖之間，電機(jī)線圈運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)電機(jī)磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓。這一信息通常被稱為電機(jī)的速度和/或負(fù)荷角（SLA）?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)視反電動(dòng)勢(shì)的幅度來(lái)很好地近似步進(jìn)電機(jī)的角速度。

圖1給出了使用AMIS-30522細(xì)分步進(jìn)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)安裝在機(jī)械系統(tǒng)中的傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)SLA引腳的映射。這一信息是在對(duì)NXT輸入（確定電機(jī)激勵(lì)速度的時(shí)鐘輸入）進(jìn)行掃頻的過(guò)程中收集的。隨著它從左向右移動(dòng)，激勵(lì)的頻率升高，可以清晰地看到不同的工作區(qū)域。測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)特性的能力是AMIS-305xx系列所具有的一種非常強(qiáng)大的特性——特別是它能夠處理傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)難題，而在此之前，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員只分析電機(jī)的共振性能，而沒有認(rèn)識(shí)到一旦整個(gè)機(jī)械裝置放在一起之后這些區(qū)域可能會(huì)發(fā)生變化。