一種更簡單的高性能電流環路控制設計方法

2512793 2022-11-25 | pdf | 389.12KB | 次下載 | 免費

資料介紹

長期以來，電流環路控制在過程控制系統和自動化制造設施中發揮著重要作用。為了滿足對更高性能伺服系統的需求，制造商需要在基于高速 FPGA 和昂貴信號鏈的復雜設計中實施更快的電流環路控制解決方案。長期以來，電流環路控制在過程控制系統和自動化制造設施中發揮著重要作用。為了滿足對更高性能伺服系統的需求，制造商需要在基于高速 FPGA 和昂貴信號鏈的復雜設計中實施更快的電流環路控制解決方案。但是，本文將使用但是，本文將使用德州儀器德州儀器(TI) 的實際解決方案表明，微控制器硬件和軟件功能的最新進展使得在不犧牲性能的情況下降低實施成本成為可能。(TI) 的實際解決方案表明，微控制器硬件和軟件功能的最新進展使得在不犧牲性能的情況下降低實施成本成為可能。控制回路操作控制回路操作在許多控制系統中，設計人員依靠比例積分 (PI) 控制環路來管理電流或其他性能特征。原則上，這些控制器很簡單。他們使用期望性能和測量性能之間的誤差，根據兩個誤差處理路徑的輸出生成校正信號（圖 1）。比例 (P) 路徑將增益應用于誤差；積分 (I) 路徑對誤差進行積分并放大結果。在許多控制系統中，設計人員依靠比例積分 (PI) 控制環路來管理電流或其他性能特征。原則上，這些控制器很簡單。他們使用期望性能和測量性能之間的誤差，根據兩個誤差處理路徑的輸出生成校正信號（圖 1）。比例 (P) 路徑將增益應用于誤差；積分 (I) 路徑對誤差進行積分并放大結果。圖 1：比例積分 (PI) 控制回路生成校正信號，該信號將集成測量信號誤差輸出與將簡單比例增益應用于誤差信號的路徑相結合。（圖片來源：德州儀器）圖 1：比例積分 (PI) 控制回路生成校正信號，該信號將集成測量信號誤差輸出與將簡單比例增益應用于誤差信號的路徑相結合。（圖片來源：德州儀器）與更簡單的控制應用不同，伺服電機設計取決于三個相互依賴的性能特征：位置、速度和電流。要改變電機轉子的位置，需要改變其速度。反過來，要改變其速度，需要改變通過脈寬調制 (PWM) 施加到電機繞組的電流。伺服電機控制開發人員在級聯控制結構中反映了這種環路相互依賴性，如圖 2 所示。與更簡單的控制應用不同，伺服電機設計取決于三個相互依賴的性能特征：位置、速度和電流。要改變電機轉子的位置，需要改變其速度。反過來，要改變其速度，需要改變通過脈寬調制 (PWM) 施加到電機繞組的電流。伺服電機控制開發人員在級聯控制結構中反映了這種環路相互依賴性，如圖 2 所示。圖 2：級聯伺服控制系統使用嵌套反饋回路快速響應性能偏差，而不是等待效果傳播到整個控制結構。（圖片來源：交大）圖 2：級聯伺服控制系統使用嵌套反饋回路快速響應性能偏差，而不是等待效果傳播到整個控制結構。（圖片來源：交大）這種嵌套方法通過在潛在錯誤傳播之前糾正潛在錯誤來本質上有助于穩定性。例如，最內層的電流環路可以在負載變化顯著影響速度和位置之前獨立修改轉矩以響應負載變化。這種嵌套方法通過在潛在錯誤傳播之前糾正潛在錯誤來本質上有助于穩定性。