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使用專用 MCU 簡化運動控制設計

2512976 2022-11-28 | pdf | 289.38KB | 次下載 | 免費

資料介紹

數(shù)字運動控制方法可精確調節(jié)機器人系統(tǒng)中電動馬達和執(zhí)行器驅動末端執(zhí)行器的運動和定位。然而，在實踐中，開發(fā)基于傳統(tǒng)比例積分 (PI) 控制器的運動控制系統(tǒng)的工程師通常會發(fā)現(xiàn)他們的項目停滯不前，因為他們難以調整敏感的控制器參數(shù)。一種更有效的方法可以降低調整的復雜性，同時在各種操作條件下提供穩(wěn)定的性能。數(shù)字運動控制方法可精確調節(jié)機器人系統(tǒng)中電動馬達和執(zhí)行器驅動末端執(zhí)行器的運動和定位。然而，在實踐中，開發(fā)基于傳統(tǒng)比例積分 (PI) 控制器的運動控制系統(tǒng)的工程師通常會發(fā)現(xiàn)他們的項目停滯不前，因為他們難以調整敏感的控制器參數(shù)。一種更有效的方法可以降低調整的復雜性，同時在各種操作條件下提供穩(wěn)定的性能。低成本、高性能的微控制器推動了數(shù)字電機控制的迅速出現(xiàn)，能夠通過軟件控制響應各種操作條件。通過在軟件中設計 PI 控制器，工程師可以用最少的組件創(chuàng)建高度響應的電機控制系統(tǒng)。然而，在實踐中，找到最佳的 PI 控制器參數(shù)集給開發(fā)人員帶來了重大挑戰(zhàn)。工程師經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，每個電機（以及相關電機控制系統(tǒng)實施）的獨特特性使確保電機在不同速度和負載下穩(wěn)定運行的任務變得非常復雜。結果，電機控制開發(fā)團隊發(fā)現(xiàn)他們被迫延長項目進度并解決細微的調整問題。低成本、高性能的微控制器推動了數(shù)字電機控制的迅速出現(xiàn)，能夠通過軟件控制響應各種操作條件。通過在軟件中設計 PI 控制器，工程師可以用最少的組件創(chuàng)建高度響應的電機控制系統(tǒng)。然而，在實踐中，找到最佳的 PI 控制器參數(shù)集給開發(fā)人員帶來了重大挑戰(zhàn)。工程師經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，每個電機（以及相關電機控制系統(tǒng)實施）的獨特特性使確保電機在不同速度和負載下穩(wěn)定運行的任務變得非常復雜。結果，電機控制開發(fā)團隊發(fā)現(xiàn)他們被迫延長項目進度并解決細微的調整問題。PI 控制器挑戰(zhàn)PI 控制器挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的 PI 控制器使用生成輸出的控制回路，旨在減少某些過程中預期值和測量值之間的誤差。在控制回路的串行形式中（圖 1），Kb 設置 PI 控制器的零值，而 Ka 設置閉環(huán)系統(tǒng)響應的帶寬。? 傳統(tǒng)的 PI 控制器使用生成輸出的控制回路，旨在減少某些過程中預期值和測量值之間的誤差。在控制回路的串行形式中（圖 1），Kb 設置 PI 控制器的零值，而 Ka 設置閉環(huán)系統(tǒng)響應的帶寬。? 圖 1：在傳統(tǒng) PI 控制器的串行形式中，工程師必須為其零 (Kb) 和帶寬 (Ka) 找到最佳設置——這一過程通常會延遲運動控制項目。（圖片來源：圖 1：在傳統(tǒng) PI 控制器的串行形式中，工程師必須為其零 (Kb) 和帶寬 (Ka) 找到最佳設置——這一過程通常會延遲運動控制項目。（圖片來源：德州儀器德州儀器））在電機控制應用中，PI 控制器優(yōu)化的復雜性變得更加復雜，因為工程師需要通過控制電流來控制速度。在典型的電機速度控制環(huán)路中，工程師會使用兩個 PI 控制器——一個在內環(huán)中控制電機電流，另一個在外環(huán)中控制電機速度（圖 2）。當電機速度低于指令值時，外環(huán)需要更大的電流；內環(huán)校正電機電流以匹配所需值。在電機控制應用中，PI 控制器優(yōu)化的復雜性變得更加復雜，因為工程師需要通過控制電流來控制速度。在典型的電機速度控制環(huán)路中，工程師會使用兩個 PI 控制器——一個在內環(huán)中控制電機電流，另一個在外環(huán)中控制電機速度（圖 2）。當電機速度低于指令值時，外環(huán)需要更大的電流；內環(huán)校正電機電流以匹配所需值。圖 2：典型的速度控制環(huán)路使用兩個 PI 控制器來控制電機電流和速度本身，從而使尋找最佳控制器參數(shù)的任務更加復雜。（圖片來源：德州儀器）圖 2：典型的速度控制環(huán)路使用兩個 PI 控制器來控制電機電流和速度本身，從而使尋找最佳控制器參數(shù)的任務更加復雜。（圖片來源：德州儀器）