使用专用 MCU 简化运动控制设计

2512976 2022-11-28 | pdf | 289.38KB | 次下载 | 免费

资料介绍

数字运动控制方法可精确调节机器人系统中电动马达和执行器驱动末端执行器的运动和定位。然而，在实践中，开发基于传统比例积分 (PI) 控制器的运动控制系统的工程师通常会发现他们的项目停滞不前，因为他们难以调整敏感的控制器参数。一种更有效的方法可以降低调整的复杂性，同时在各种操作条件下提供稳定的性能。数字运动控制方法可精确调节机器人系统中电动马达和执行器驱动末端执行器的运动和定位。然而，在实践中，开发基于传统比例积分 (PI) 控制器的运动控制系统的工程师通常会发现他们的项目停滞不前，因为他们难以调整敏感的控制器参数。一种更有效的方法可以降低调整的复杂性，同时在各种操作条件下提供稳定的性能。低成本、高性能的微控制器推动了数字电机控制的迅速出现，能够通过软件控制响应各种操作条件。通过在软件中设计 PI 控制器，工程师可以用最少的组件创建高度响应的电机控制系统。然而，在实践中，找到最佳的 PI 控制器参数集给开发人员带来了重大挑战。工程师经常发现，每个电机（以及相关电机控制系统实施）的独特特性使确保电机在不同速度和负载下稳定运行的任务变得非常复杂。结果，电机控制开发团队发现他们被迫延长项目进度并解决细微的调整问题。低成本、高性能的微控制器推动了数字电机控制的迅速出现，能够通过软件控制响应各种操作条件。通过在软件中设计 PI 控制器，工程师可以用最少的组件创建高度响应的电机控制系统。然而，在实践中，找到最佳的 PI 控制器参数集给开发人员带来了重大挑战。工程师经常发现，每个电机（以及相关电机控制系统实施）的独特特性使确保电机在不同速度和负载下稳定运行的任务变得非常复杂。结果，电机控制开发团队发现他们被迫延长项目进度并解决细微的调整问题。PI 控制器挑战PI 控制器挑战传统的 PI 控制器使用生成输出的控制回路，旨在减少某些过程中预期值和测量值之间的误差。在控制回路的串行形式中（图 1），Kb 设置 PI 控制器的零值，而 Ka 设置闭环系统响应的带宽。传统的 PI 控制器使用生成输出的控制回路，旨在减少某些过程中预期值和测量值之间的误差。在控制回路的串行形式中（图 1），Kb 设置 PI 控制器的零值，而 Ka 设置闭环系统响应的带宽。图 1：在传统 PI 控制器的串行形式中，工程师必须为其零 (Kb) 和带宽 (Ka) 找到最佳设置——这一过程通常会延迟运动控制项目。（图片来源：图 1：在传统 PI 控制器的串行形式中，工程师必须为其零 (Kb) 和带宽 (Ka) 找到最佳设置——这一过程通常会延迟运动控制项目。（图片来源：德州仪器德州仪器））在电机控制应用中，PI 控制器优化的复杂性变得更加复杂，因为工程师需要通过控制电流来控制速度。在典型的电机速度控制环路中，工程师会使用两个 PI 控制器——一个在内环中控制电机电流，另一个在外环中控制电机速度（图 2）。当电机速度低于指令值时，外环需要更大的电流；内环校正电机电流以匹配所需值。在电机控制应用中，PI 控制器优化的复杂性变得更加复杂，因为工程师需要通过控制电流来控制速度。在典型的电机速度控制环路中，工程师会使用两个 PI 控制器——一个在内环中控制电机电流，另一个在外环中控制电机速度（图 2）。当电机速度低于指令值时，外环需要更大的电流；内环校正电机电流以匹配所需值。图 2：典型的速度控制环路使用两个 PI 控制器来控制电机电流和速度本身，从而使寻找最佳控制器参数的任务更加复杂。（图片来源：德州仪器）图 2：典型的速度控制环路使用两个 PI 控制器来控制电机电流和速度本身，从而使寻找最佳控制器参数的任务更加复杂。（图片来源：德州仪器）