機器人設計，如何選擇電機？續(xù)資料下載

貿澤電子（續(xù)上半部分,介紹機器人用電機的開發(fā)和選擇技巧） 但是使用高級算法可以更好的控制馬達，比如在電機控制器中嵌入PID（比例 - 積分 - 微分）或FOC（磁場定向控制，有時也被稱為矢量控制）。此所需電機操作匹配實際的負載和負載變化，提供增強的、更精確的性能。例如，馬達控制算法/程序事關轉子慣性，并相應地調整電機驅動，從而降低因機械問題導致的故障。使用定制算法能夠使加速和扭矩控制地更精確。 相較于有刷電機，無刷電機（BLDC）需要更復雜的電子控制裝置，但也提供更佳性能。 BLDC電機通常需要通過霍爾效應傳感器、光學編碼器或者通過檢測反電動勢來進行位置反饋。 機器人中的BLDC電機中經(jīng)常使用的一種類型是步進電機（圖3），它采用中心芯周圍的永磁體環(huán)來切換電磁場。步進電機并不是傳統(tǒng)意義上的“旋轉”;相反，步進軸可以以有限的、一步一步的增量（步驟）方式移動，所以，除連續(xù)旋轉外，可以僅移動完整旋轉的一小部分。步進電機具備完全可重復的運動控制;通過指令控制，步進軸可以返回到它之前所在的某個具體位置。 “步”的角度通?？梢孕〉?.8?，其中360?（一轉）產生約200步的動作。30?的步進角轉一圈共需12步（12×30= 360）。步進角或每轉的步數(shù)取決于電機具有的永久磁鐵數(shù)量，但更高或更低值也是可以的。 圖3：包含所有部件的步進電機框圖。 MOSFETS位于功率級。 在步進電機中，如果電源位于的“連通”狀態(tài)，但沒有步進指示，它們將維持原有位置。步進電機可以在低轉速下提供高扭矩。使步進軸移動的最直接方式是按序開關電磁鐵，但可能會導致顫動或振動。 無刷直流電機和步進電機之間存在重疊的應用類型。步進電機更適合于要求精確往復運動的應用，如拾取和放置，而不適合長時間的連續(xù)轉動，以及一些較小型應用，不需要電機提供高轉矩或速度。另外，步進電機能效表現(xiàn)上不如無刷直流電機。 還有許多其它電機選項。電機族譜樹很長而且復雜，還有許多孿生兄弟姐妹。例如，永磁同步電機（PMSM）是無刷直流電動機（相對于轉子）和AC感應電機（相對于定子結構）的組合。它封裝較小，卻具備高效率，高轉矩/重量比，快速響應時間，并且容易控制的優(yōu)勢，但成本也高。 控制要求精度 機器人運動系統(tǒng)不僅僅是一個電機;它包括三個主要功能塊： 1.實時控制器，它有以下三種實現(xiàn)方式： o一個通用的、計算速度快的處理器，運行運動控制固件 o一個DSP型的FPGA，可編程為控制類應用 o一個專用控制器IC，使用硬連線嵌入式算法。 2.一個或多級串聯(lián)驅動器，從控制器輸出獲取低電平信號，并向控制器輸出電子開關所需高電壓/電流的信號。 3.MOSFET（或其它的開關元件，例如IGBT或雙極晶體管），它實際上控制到電機繞組的電流流動。 選擇用于電機的MOSEFT需要知道電機和繞組的電流和電壓要求。隨后開關MOSFET，需要驅動器，反倒由MOSFET的等級來確定。實際上，取決于MOSFET尺寸存在一系列升壓驅動器。 選擇控制器時的常見問題 選擇何種控制是一種策略選擇，需要在具體供應商和型號選擇之前決定下來。這里存在諸多權衡，比如使用通用處理器，它非常適合于電機控制，以及采用計算友好FPGA或專用的控制集成電路（后者通常來自特殊的運動控制供應商）。設計人員必須考慮的一些關鍵點包括： ? 你需要控制算法的復雜性和復雜度如何，以及需要多少I / O？ ? 誰提供控制算法和代碼：集成電路供應商，與他們合作的第三方，或無關聯(lián)的第三方？他們如何驗證和測試你的電機和應用 ? 你需要多少用戶可編程性？甚至專用的、非可編程控制器允許用戶選擇算法類型，閉環(huán)控制模式（位置，速度，加速度）以及設定操作參數(shù)。 ? 電機和應用是否具有獨特屬性？如果屬實，可編程集成電路是更好選擇。是否有對算法的持續(xù)個性需求？在這種情況下，具有硬連線嵌入式算法的專用集成電路與比完全可編程的集成電路更好。 ? 控制器是否必需支持多種類型電機？即使類型唯一，電機尺寸是大小唯一，還是需要保證在某個范圍內？ ? 供應商提供何種級別的技術??持？他們的實際電機動手經(jīng)驗如何？他們是否提供已測試過的詳細參考設計，包括控制IC和MOSFET驅動器之間的接口？ ? 是否需要關心認證問題，比如強制效率（很多電機應用現(xiàn)在必須滿足各種“綠色”標準）？如果屬實，那么供應商是否了解并滿足它們，不管是組件還是算法？ 開發(fā)套件顯示控制器和接口能力 對于許多工程師來說，將所有部件聚集在一起——包含嵌入式或獨立算法的控制器，驅動程序和MOSFET——是一個復雜任務，并且他們并不想“反復造車”。因為這些原因，許多供應商提供評估板或完整套件，包括控制器、示范算法、驅動程序和MOSFET。其中一個示例是飛思卡爾MTRCKTSPNZVM1283三相無傳感器PMSM套件，使用無傳感器電機控制技術來驅動三相BLDC或PMSM電機。這種相當復雜的套件旨在實現(xiàn)通過使用MCU集成ADC模塊方式的反電勢感應來進行快速原型設計和評估。或者，同一套件（帶MC9S12ZVML12 MCU）可以配置為基于傳感器的評估，其中具體使用霍爾傳感器或分解器來操作。 伴隨科技的進展，包括通過提高電機控制和傳感實現(xiàn)精確驅動等技術的進步，機器人將有一個激動人心的前景，并將創(chuàng)造新的機遇。傳感，控制和電機是三大關鍵領域，這里的持續(xù)創(chuàng)新將塑造機器人的演進方向。 (mbbeetchina)