如何在工业驱动器中实现精密的运动控制 (工业互联网平台驱动源头)
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图1:连接到德州仪器控制MCU的绝对编码器绝对编码器也可以基于电磁或类旋转变压器电路,这需要精确测量正弦电信号。因此,精密运算放大器和电压基准也很重要。电机和运动控制始终需要精确的电机电流和电压检测,尤其是在采用无传感器控制时。常见的解决方案是使用隔离/非隔离式放大器和集成低侧电流检测的驱动器的内联和逆变器桥臂低侧检测。处理在精密运动控制*中执行运动控制配置文件和算法需要具有高计算能力的MCU。为了提供必要的精度和准确度,此类MCU的字长通常为位,并具有原生位浮点支持。由于算法严重依赖三角函数、对数和指数数学,因此许多MCU都具有硬件加速器。考虑到受控运动轴的数量或控制环路的数量,设计人员经常采用多中央处理器(CPU)架构或类CPU的并行加速器。如有额外的监督和通信任务,也可以考虑采用多个CPU。作为实时控制应用,整个信号链的总延迟(即从收集到电流、电压、位置和速度测量结果到更新控制输出的时间)会直接影响控制性能,进而影响精度。一些MCU具有片上模拟比较器,可以直接生成控制动作,显著减少延迟和CPU负荷。快速中断响应以及现场保存和恢复也很重要。仅仅拥有高处理能力是不够的。运动控制MCU还必须具有通用控制外设,例如位和位模数转换器、QEP接口、高分辨率边沿和脉冲捕获以及脉宽调制(PWM)输出。另外,还要求具备实现自定义逻辑和时序的能力。为了帮助设计人员更快上手和调整他们的设计,MCU和电机驱动器供应商提供了电机和运动控制算法,包括无传感器观测器和软件库等核心算法以及具有GUI可配置性的完整控制代码。图2是工业驱动器控制MCU的概念图。图2:工业驱动器的MCU驱动提供预期的控制动作需要功率器件和驱动器,通常采用PWM形式,占空比代表动作。精确控制PWM脉冲非常重要,这意味着驱动器必须以尽可能小的时序偏差提供必要的驱动强度;功率器件必须在确切的预定时间打开和关闭。如今,此类驱动器随处可见,并具有过流和过热保护等附加功能。新型宽带隙功率器件可以确保快速和精确地进行开启和关闭定时。宽带隙器件的快速开关速度和低开关损耗还可实现快速控制环路,以提高稳定性和性能。除了精度之外,许多应用还要求电机控制设计足够紧凑,因此需要用到具有集成电流检测和电源模块的驱动器。结语精密运动控制对于工业驱动器至关重要。技术解决方案涉及实时控制设计的所有三个基础子*,即感应、处理和驱动,旨在实现精密的运动控制。