高效的步進(jìn)電機(jī)控制算法

圖1 對(duì)NXT引腳掃頻的同時(shí)監(jiān)視SLA引腳

電機(jī)控制系統(tǒng)可以不斷地對(duì)SLA電壓進(jìn)行采樣，如果遇到異常情況，就可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?。因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)正比于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，所以可以方便地用于感應(yīng)輸出軸上的外部負(fù)載，并調(diào)節(jié)供應(yīng)給電機(jī)的電流。取自SLA引腳的數(shù)據(jù)大有作為的另一個(gè)領(lǐng)域是當(dāng)電機(jī)將要進(jìn)入共振區(qū)域的時(shí)候。通過設(shè)計(jì)一種算法來快速地識(shí)別出這種情況，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)就可以立即加速通過這一區(qū)域，到達(dá)新的安全速度。

圖1左側(cè)的紅色方塊突出顯示了系統(tǒng)中的共振。這可能是因?yàn)殡姍C(jī)的實(shí)際安裝，在步進(jìn)臺(tái)階之間的電機(jī)共振基頻，或者其他二階因素。這些通常是需要避開的換向速度區(qū)域，如果采用安森美半導(dǎo)體的反電動(dòng)勢(shì)技術(shù)，可以方便地在數(shù)分鐘之內(nèi)得到映射。這將有助于減少機(jī)電系統(tǒng)的壓力。這之所以重要，是因?yàn)橄到y(tǒng)壓力可能會(huì)造成噪聲增大，性能下降，并可能造成系統(tǒng)可靠性降低。這種數(shù)據(jù)收集方法的亮點(diǎn)在于，不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行物理更改就能完成映射過程。唯一的傳感器就是電機(jī)本身，所以不會(huì)額外增加機(jī)械復(fù)雜度。

圖1右側(cè)的紅色方塊表示電流驅(qū)動(dòng)超出系統(tǒng)的RLC時(shí)間常數(shù)的區(qū)域，從而導(dǎo)致了電機(jī)線圈上的殘余電流。它是這種特定的機(jī)電系統(tǒng)的“速度限制”。

在這兩塊區(qū)域之間的就是推薦的電機(jī)工作區(qū)域。還應(yīng)該注意到，相同的映射還可用于識(shí)別電機(jī)無法換向（從而無法產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)）的失速情況。在系統(tǒng)控制器中，只需要通過配置電機(jī)激勵(lì)之間的最低閾值就能夠控制這種情況。

在設(shè)計(jì)中使用映射數(shù)據(jù)
一旦完成了映射并且知道了理想的速度曲線，就可以選擇最佳的SLA取值。對(duì)于給定系統(tǒng)而言，它將代表效率最高的工作點(diǎn)。可以通過動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)電機(jī)控制變量，如電流驅(qū)動(dòng)、加速度和速度，以避免出現(xiàn)會(huì)損害效率的問題，如機(jī)械共振和過大的驅(qū)動(dòng)電流。無傳感器/反電動(dòng)勢(shì)方法的優(yōu)勢(shì)在于，來自傳感器的反饋不是簡(jiǎn)單的二元信息，而是可以用于從電機(jī)獲得詳細(xì)的診斷信息，而且不會(huì)額外增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，就又使得我們能夠使用SLA的細(xì)微變化來進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，從而避免丟步。