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

數字運動控制方法可精確調節機器人系統中電動馬達和執行器驅動末端執行器的運動和定位。然而，在實踐中，開發基于傳統比例積分 (PI) 控制器的運動控制系統的工程師通常會發現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。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定的性能。數字運動控制方法可精確調節機器人系統中電動馬達和執行器驅動末端執行器的運動和定位。然而，在實踐中，開發基于傳統比例積分 (PI) 控制器的運動控制系統的工程師通常會發現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。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定的性能。低成本、高性能的微控制器推動了數字電機控制的迅速出現，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建高度響應的電機控制系統。然而，在實踐中，找到最佳的 PI 控制器參數集給開發人員帶來了重大挑戰。工程師經常發現，每個電機（以及相關電機控制系統實施）的獨特特性使確保電機在不同速度和負載下穩定運行的任務變得非常復雜。結果，電機控制開發團隊發現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字電機控制的迅速出現，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建高度響應的電機控制系統。然而，在實踐中，找到最佳的 PI 控制器參數集給開發人員帶來了重大挑戰。工程師經常發現，每個電機（以及相關電機控制系統實施）的獨特特性使確保電機在不同速度和負載下穩定運行的任務變得非常復雜。結果，電機控制開發團隊發現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PI 控制器挑戰傳統的 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 設置閉環系統響應的帶寬。? 傳統的 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 設置閉環系統響應的帶寬。? 圖 1：在傳統 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 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路中，工程師會使用兩個 PI 控制器——一個在內環中控制電機電流，另一個在外環中控制電機速度（圖 2）。當電機速度低于指令值時，外環需要更大的電流；內環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路中，工程師會使用兩個 PI 控制器——一個在內環中控制電機電流，另一個在外環中控制電機速度（圖 2）。當電機速度低于指令值時，外環需要更大的電流；內環校正電機電流以匹配所需值。圖 2：典型的速度控制環路使用兩個 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的任務更加復雜。（圖片來源：德州儀器）