【導讀】乘(cheng)坐(zuo)電(dian)梯(ti)時(shi)
，您(nin)肯(ken)定(ding)希(xi)望(wang)平(ping)穩(wen)安(an)全(quan)地(di)從(cong)一(yi)層(ceng)到(dao)達(da)另(ling)一(yi)層(ceng)。在(zai)電(dian)梯(ti)驅(qu)動(dong)中(zhong)，精(jing)密(mi)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)使(shi)電(dian)梯(ti)能(neng)夠(gou)停(ting)在(zai)指(zhi)定(ding)位(wei)置(zhi)，並(bing)平(ping)穩(wen)地(di)減(jian)速(su)直(zhi)到(dao)完(wan)全(quan)停(ting)止(zhi)。缺(que)乏(fa)精(jing)密(mi)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)梯(ti)誤(wu)停(ting)在(zai)兩(liang)層(ceng)之(zhi)間(jian)，這(zhe)會(hui)讓(rang)乘(cheng)坐(zuo)電(dian)梯(ti)的(de)人(ren)感(gan)到(dao)頭(tou)暈(yun)不(bu)適(shi)或(huo)不(bu)安(an)全(quan)。

機器人、計(ji)算(suan)機(ji)數(shu)控(kong)機(ji)器(qi)和(he)工(gong)廠(chang)自(zi)動(dong)化(hua)設(she)備(bei)都(dou)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)進(jin)行(xing)精(jing)密(mi)的(de)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)
，此(ci)外(wai)在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)還(hai)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)精(jing)密(mi)的(de)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)，以(yi)便(bian)正(zheng)確(que)地(di)製(zhi)造(zao)產(chan)品(pin)並(bing)維(wei)護(hu)工(gong)作(zuo)流(liu)程(cheng)。

工業驅動器的諸多方麵都對實現精密的運動控製很重要，精密運動控製涉及實時控製設計中的三個基礎子係統



，即感應、處理和驅動。本文將論述各個子係統的支持技術示例。

感應

quefajingmideweizhihesuduganying，jiuwufashixianjingmideyundongkongzhi。ganyingkeyibaokuodianjizhoujiaoweizhihesuduganyinghuochuansongdaixianxingweizhihesuduganying。shejirenyuanjingchangshiyongzengliangshiguangxuebianmaqi，meizhuanyoujibaidaoyiqiangecao，yiganyingweizhihesudu。zhexiebianmaqitongchangtongguozhengjiaobianmamaichong (QEP) 連接到微控製器 (MCU)
，因此需要 QEP 接口功能。

相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，絕(jue)對(dui)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)精(jing)度(du)明(ming)顯(xian)更(geng)高(gao)，其(qi)通(tong)常(chang)每(mei)轉(zhuan)具(ju)有(you)更(geng)多(duo)的(de)槽(cao)數(shu)
，並(bing)且(qie)經(jing)過(guo)精(jing)密(mi)安(an)裝(zhuang)以(yi)提(ti)供(gong)絕(jue)對(dui)角(jiao)位(wei)置(zhi)。感(gan)應(ying)到(dao)的(de)位(wei)置(zhi)被(bei)轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)字(zi)表(biao)示(shi)形(xing)式(shi)，並(bing)根(gen)據(ju)標(biao)準(zhun)協(xie)議(yi)進(jin)行(xing)編(bian)碼(ma)。此(ci)類(lei)協(xie)議(yi)的(de)示(shi)例(li)有(you) Tamagawa 的 T-Format 和 iC-Haus GmbH 的雙向串行同步 (BiSS) C。此前，您還需要現場可編程門陣列 (FPGA) 來連接此類編碼器，但現在越來越多的 MCU 也具有此功能（如下圖 1 所示）。由於 T-Format 和 BiSS C 協議通常與大多數 MCU 上常見的串行外設接口 (SPI)

、通用異步接收器發送器 (UART) 或控製器局域網 (CAN) 等流行通信端口或接口所支持的協議不同，因此它們通常需要可定製邏輯塊或專有處理單元。

圖 1：連接到德州儀器控製 MCU 的絕對編碼器

絕(jue)對(dui)編(bian)碼(ma)器(qi)也(ye)可(ke)以(yi)基(ji)於(yu)電(dian)磁(ci)或(huo)類(lei)旋(xuan)轉(zhuan)變(bian)壓(ya)器(qi)電(dian)路(lu)
，這(zhe)需(xu)要(yao)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)正(zheng)弦(xian)電(dian)信(xin)號(hao)。因(yin)此(ci)
，精(jing)密(mi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)和(he)電(dian)壓(ya)基(ji)準(zhun)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。電(dian)機(ji)和(he)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)始(shi)終(zhong)需(xu)要(yao)精(jing)確(que)的(de)電(dian)機(ji)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)

，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)采(cai)用(yong)無(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)控(kong)製(zhi)時(shi)。常(chang)見(jian)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)使(shi)用(yong)隔(ge)離(li)/非隔離式放大器和集成低側電流檢測的驅動器的內聯和逆變器橋臂低側檢測。

處理

在精密運動控製係統中執行運動控製配置文件和算法需要具有高計算能力的 MCU。為了提供必要的精度和準確度，此類 MCU 的字長通常為 32 位，並具有原生 64 位浮點支持。由於算法嚴重依賴三角函數

、對數和指數數學，因此許多 MCU 都具有硬件加速器。

考慮到受控運動軸的數量或控製環路的數量
，設計人員經常采用多中央處理器 (CPU) 架構或類 CPU 的並行加速器。如有額外的監督和通信任務，也可以考慮采用多個 CPU。

作為實時控製應用，整個信號鏈的總延遲（即從收集到電流
、電壓、位置和速度測量結果到更新控製輸出的時間）會直接影響控製性能，進而影響精度。一些 MCU 具有片上模擬比較器，可以直接生成控製動作，顯著減少延遲和 CPU 負荷。快速中斷響應以及現場保存和恢複也很重要。

僅僅擁有高處理能力是不夠的。運動控製 MCU 還必須具有通用控製外設

，例如 12 位和 16 位模數轉換器、QEP 接口、高分辨率邊沿和脈衝捕獲以及脈寬調製 (PWM) 輸出。另外，還要求具備實現自定義邏輯和時序的能力。

為了幫助設計人員更快上手和調整他們的設計，MCU 和電機驅動器供應商提供了電機和運動控製算法，包括無傳感器觀測器和軟件庫等核心算法以及具有 GUI 可配置性的完整控製代碼。

圖 2 是工業驅動器控製 MCU 的概念圖。

圖 2：工業驅動器的 MCU

驅動

提供預期的控製動作需要功率器件和驅動器，通常采用 PWM 形式
，占空比代表動作。精確控製 PWM 脈衝非常重要

，這意味著驅動器必須以盡可能小的時序偏差提供必要的驅動強度
；功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)必(bi)須(xu)在(zai)確(que)切(qie)的(de)預(yu)定(ding)時(shi)間(jian)打(da)開(kai)和(he)關(guan)閉(bi)。如(ru)今(jin)
，此(ci)類(lei)驅(qu)動(dong)器(qi)隨(sui)處(chu)可(ke)見(jian)
，並(bing)具(ju)有(you)過(guo)流(liu)和(he)過(guo)熱(re)保(bao)護(hu)等(deng)附(fu)加(jia)功(gong)能(neng)。新(xin)型(xing)寬(kuan)帶(dai)隙(xi)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)快(kuai)速(su)和(he)精(jing)確(que)地(di)進(jin)行(xing)開(kai)啟(qi)和(he)關(guan)閉(bi)定(ding)時(shi)。寬(kuan)帶(dai)隙(xi)器(qi)件(jian)的(de)快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)速(su)度(du)和(he)低(di)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)還(hai)可(ke)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)
，以(yi)提(ti)高(gao)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)性(xing)能(neng)。

除了精度之外，許多應用還要求電機控製設計足夠緊湊，因此需要用到具有集成電流檢測和電源模塊的驅動器。

結語

精密運動控製對於工業驅動器至關重要。技術解決方案涉及實時控製設計的所有三個基礎子係統，即感應、處理和驅動
，旨在實現精密的運動控製。

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