【算法研究】如何精确控制电机？

作为各种电器和机械的动力源，几乎每个工程师和电子发烧友都会在工业应用和个人项目中接触到它。可以说小电机作用很大。今天，我们将讨论电机运动控制算法。

一、DSP与TI

为什么很多人一提到电机控制就首先想到DSP？说到DSP控制，TI是绕不过去的。首先，DSP芯片是一种特殊结构的微处理器。该芯片采用程序和数据分离的哈佛结构，具有专用硬件乘法器并提供专用指令，可用于快速实现各种数字信号处理算法。基于DSP芯片的控制系统实际上是一个单片机系统，所以整个控制所需的各种功能都可以通过DSP芯片来实现。因此，它可以减少目标系统的体积，减少外部组件的数量，并增加系统的可靠性。其优点是稳定性好，精度高，加工速度快。目前广泛应用于变频器和伺服行业。主流的数字信号处理器制造商包括德州仪器(TI)、ADI、摩托罗拉、吉尔等制造商。其中TI的TMS320系列以数字控制和运动控制为主，因价格低廉、使用方便、功能强大而广受欢迎。

二、常见的电机控制算法及研究方法

1.电机控制按工作电源类型划分：可分为DC电机和交流电机。根据结构和工作原理，可分为DC电机、异步电机和同步电机。不同的电机采用不同的驱动方式。这次主要介绍伺服电机。伺服主要靠脉冲定位。当伺服电机接收到一个脉冲时，它会旋转一个与脉冲相对应的角度，从而实现位移。所以伺服电机本身就有发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，就会发出相应数量的脉冲，同时将伺服电机接收到的脉冲回波，或者闭环，从而非常精确地控制电机的旋转。与普通电机相比，伺服电机在控制精度、低频转矩、过载能力和响应速度方面具有优势，因此被广泛应用于机器人、数控机床、注塑、纺织等行业，如图1所示。

图1

2.传统控制平台只关注电机特性，而新型运动控制平台由电机及加载系统、电机驱动调试系统、数据采集及供电系统组成。从电机到驱动构建了一个完整的软硬件实验环境，提供完全开放的软硬件接口，丰富的可扩展教学经验，全面可靠的保护措施，可以做电机识别、堵转、电机效率测试、电机参数测量、电机T-N曲线测试、电机运动控制和编码器矢量转矩、无感矢量速度分析等。系统如图2所示。

图2

三、PWM控制及测试结果

脉宽调制(PWM)是一种利用微处理器的数字输出来控制模拟电路的非常有效的技术，广泛应用于从测量和通信到功率控制和转换的许多领域。PWM是一种模拟控制方式，根据相应负载的变化，调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，从而改变晶体管或MOS管的导通时间，从而改变开关稳压电源的输出。MES-100的测试波形如图3和图4所示。

图3

图4