嵌入式領(lǐng)域中電機(jī)控制應(yīng)用的可編程片上系統(tǒng)（PSoC）
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圖1：控制電機(jī)速度的閉環(huán)系統(tǒng)
一般說來，可將電機(jī)控制系統(tǒng)分為各種不同的子系統(tǒng)，如速度、位置或方向控制系統(tǒng)等。我們首先看一下構(gòu)造簡(jiǎn)單的速度控制系統(tǒng)，其電機(jī)采用常量電壓（V）。在默認(rèn)情況下，電機(jī)在特定的供電電壓（V）下具有特定的轉(zhuǎn)速（x）。如果向電機(jī)施加相同電壓（V）的負(fù)載，那么其轉(zhuǎn)速可能下降（y）。這樣，我們就不能控制電機(jī)的速度，也就是說不能確保轉(zhuǎn)速不受任何外部因素的影響。這是一種開環(huán)系統(tǒng)，因而我們要采取一定的反饋機(jī)制，以便能感應(yīng)電機(jī)的速度并對(duì)有關(guān)因素進(jìn)行補(bǔ)償。
圖1顯示了閉環(huán)電機(jī)控制系統(tǒng)。這里，運(yùn)動(dòng)控制器將來自反饋系統(tǒng)的信號(hào)與實(shí)際輸入進(jìn)行比較，以獲得誤差信號(hào)，然后將其放大后提供給電機(jī)。在此系統(tǒng)中，向電機(jī)饋送校正因數(shù)的“運(yùn)動(dòng)控制器”和“放大器”模塊可一起由混合信號(hào)控制器實(shí)現(xiàn)，而光學(xué)轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器則作為傳感器，因?yàn)槲覀兡芡ㄟ^控制器輕松對(duì)該組件的輸出信號(hào)進(jìn)行解碼。下文將對(duì)上述各個(gè)系統(tǒng)的模塊做進(jìn)一步地闡述。
DC和步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介
電機(jī)就是可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。下列給出了不同領(lǐng)域常用的一些電機(jī)類型：
(Ⅰ) DC電機(jī)：最簡(jiǎn)單的DC電機(jī)就是在軸上加線圈繞組，固定永磁鐵（見圖2）。在將電壓（V）施加給線圈時(shí)，電流（i）通過線圈。由于已有磁場(chǎng)（B），會(huì)有力（F）作用在線圈上（弗萊明右手法則）使其轉(zhuǎn)動(dòng)。
一旦線圈達(dá)到永磁鐵的磁極之一，就會(huì)受到斥力并向另一磁極運(yùn)動(dòng)，從而形成持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，速度由所施加的DC電壓決定。
圖2：DC電機(jī)的工作原理
(Ⅱ) 步進(jìn)電機(jī)：永磁步進(jìn)電機(jī)由永磁轉(zhuǎn)子、線圈繞組和磁傳導(dǎo)定子組成。
為線圈繞組施加電壓會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，出現(xiàn)南北極。定子承載著磁場(chǎng)。通過順序通電或“步進(jìn)”定子線圈，能改變磁場(chǎng)，進(jìn)而生成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2描述了雙相電機(jī)的工作情況。在第一步中，為雙相定子的A相施加電壓，就會(huì)將轉(zhuǎn)子磁鎖在如圖所示的位置，這是因?yàn)楫愋韵辔?；在第二步中，關(guān)閉A相打開B相，讓轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度；在第三步中，B相打開，極性與第一步相反，又產(chǎn)生90度旋轉(zhuǎn)；在第四步中，A相關(guān)閉，B相打開，極性與第二步相反。重復(fù)上述序列會(huì)讓轉(zhuǎn)子每次以90度步進(jìn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
在步進(jìn)電機(jī)中，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度取決于第一步到第四步的執(zhí)行速度。
圖3：步進(jìn)電機(jī)的工作原理
旋轉(zhuǎn)編碼器簡(jiǎn)介及其分類
電機(jī)控制系統(tǒng)的下一個(gè)部分就是能感應(yīng)電機(jī)狀態(tài)并將狀態(tài)饋送回控制器的反饋傳感器。如前所述，旋轉(zhuǎn)編碼器可發(fā)揮反饋傳感器的作用。
評(píng)論