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控制系統(tǒng)設(shè)計案例及實時系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

2362486 2017-09-15 | rar | 0.2 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

怎樣才能把多個 CPU 內(nèi)核、硬件加速器塊以及 10G 以太網(wǎng)接口結(jié)合起來控制一個電機呢？對于采用 1 美元微控制器（MCU）來運行電機的設(shè)計人員而言，這一問題太荒謬了。答案可能來自令人感興趣的控制系統(tǒng)設(shè)計案例，實時系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展等。

起點

讓我們介紹一種在我們應(yīng)用場景中處于中心位置的永磁同步電機，即 PMSM。PMSM 有很多種外形和體積，適合很多種應(yīng)用，從開關(guān)門到機器人手術(shù)工具關(guān)節(jié)等。在這一領(lǐng)域中，它得到了廣泛的應(yīng)用，這是因為其固有的可靠性、低成本，在我們的應(yīng)用中，經(jīng)過適當?shù)目刂?，可以實現(xiàn)高精度和高效率。實際上，應(yīng)用的要求越來越高，PMSM 支

持您降低機電設(shè)計的復(fù)雜性，在軟件中實現(xiàn)復(fù)雜的功能。

PMSM 機械和電氣特性非常簡單（圖 1）。轉(zhuǎn)子正如其名稱所示，是永磁體。通常有三個定子繞組，在電機中均勻的

120 度角分布。真正的訣竅在于繞組的不同：轉(zhuǎn)動密度是圍繞定子呈正弦分布，因此，繞組實際上在邊緣上相互重

疊。在繞組合適的相位上應(yīng)用正弦電流，您能夠建立與轉(zhuǎn)子場角度垂直的旋轉(zhuǎn)磁場，從而在轉(zhuǎn)子上高效的產(chǎn)生扭矩。

控制系統(tǒng)設(shè)計案例及實時系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

圖 1. PMSM 截面

控制 PMSM 并不是高科技。一個簡單的 MCU 使用查找表和插值來生成所需的驅(qū)動電流時變正弦信號，為繞組提供電流。如果算法正確，繞組會產(chǎn)生電機旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動。雖然起步有些復(fù)雜，但畢竟完成任務(wù)了，對吧？不完全是這樣。

現(xiàn)場定位控制

開環(huán)控制的問題總是很復(fù)雜。啟動電機，特別是有負載的情況，會比較難，效率也不高。開環(huán)控制器的響應(yīng)并不能很好的適應(yīng)負載扭矩或者速度命令的變化，無法抑制振動。出于通常的考慮，反饋控制系統(tǒng)工作起來會更好一些。

問題是要控制什么。很明顯，我希望控制轉(zhuǎn)動角度，在某些應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)速度。我們必須通過控制產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的三個繞組電流來完成這一工作。對此最好的方法是，在業(yè)界已經(jīng)應(yīng)用的多路步進，即，線程定位控制（FOC）（圖 2）。