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使用專用 MCU 簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

2512976 2022-11-28 | pdf | 289.38KB | 次下載 | 免費(fèi)

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數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制方法可精確調(diào)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)中電動(dòng)馬達(dá)和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)和定位。然而，在實(shí)踐中，開發(fā)基于傳統(tǒng)比例積分 (PI) 控制器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工程師通常會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的項(xiàng)目停滯不前，因?yàn)樗麄冸y以調(diào)整敏感的控制器參數(shù)。一種更有效的方法可以降低調(diào)整的復(fù)雜性，同時(shí)在各種操作條件下提供穩(wěn)定的性能。數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制方法可精確調(diào)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)中電動(dòng)馬達(dá)和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)和定位。然而，在實(shí)踐中，開發(fā)基于傳統(tǒng)比例積分 (PI) 控制器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工程師通常會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的項(xiàng)目停滯不前，因?yàn)樗麄冸y以調(diào)整敏感的控制器參數(shù)。一種更有效的方法可以降低調(diào)整的復(fù)雜性，同時(shí)在各種操作條件下提供穩(wěn)定的性能。低成本、高性能的微控制器推動(dòng)了數(shù)字電機(jī)控制的迅速出現(xiàn)，能夠通過軟件控制響應(yīng)各種操作條件。通過在軟件中設(shè)計(jì) PI 控制器，工程師可以用最少的組件創(chuàng)建高度響應(yīng)的電機(jī)控制系統(tǒng)。然而，在實(shí)踐中，找到最佳的 PI 控制器參數(shù)集給開發(fā)人員帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。工程師經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，每個(gè)電機(jī)（以及相關(guān)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施）的獨(dú)特特性使確保電機(jī)在不同速度和負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行的任務(wù)變得非常復(fù)雜。結(jié)果，電機(jī)控制開發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們被迫延長(zhǎng)項(xiàng)目進(jìn)度并解決細(xì)微的調(diào)整問題。低成本、高性能的微控制器推動(dòng)了數(shù)字電機(jī)控制的迅速出現(xiàn)，能夠通過軟件控制響應(yīng)各種操作條件。通過在軟件中設(shè)計(jì) PI 控制器，工程師可以用最少的組件創(chuàng)建高度響應(yīng)的電機(jī)控制系統(tǒng)。然而，在實(shí)踐中，找到最佳的 PI 控制器參數(shù)集給開發(fā)人員帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。工程師經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，每個(gè)電機(jī)（以及相關(guān)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施）的獨(dú)特特性使確保電機(jī)在不同速度和負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行的任務(wù)變得非常復(fù)雜。結(jié)果，電機(jī)控制開發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們被迫延長(zhǎng)項(xiàng)目進(jìn)度并解決細(xì)微的調(diào)整問題。PI 控制器挑戰(zhàn)PI 控制器挑戰(zhàn)傳統(tǒng)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(yù)期值和測(cè)量值之間的誤差。在控制回路的串行形式中（圖 1），Kb 設(shè)置 PI 控制器的零值，而 Ka 設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)的帶寬。? 傳統(tǒng)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(yù)期值和測(cè)量值之間的誤差。在控制回路的串行形式中（圖 1），Kb 設(shè)置 PI 控制器的零值，而 Ka 設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)的帶寬。? 圖 1：在傳統(tǒng) 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(shè)置——這一過程通常會(huì)延遲運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目。（圖片來(lái)源：圖 1：在傳統(tǒng) 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(shè)置——這一過程通常會(huì)延遲運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目。（圖片來(lái)源：德州儀器德州儀器））在電機(jī)控制應(yīng)用中，PI 控制器優(yōu)化的復(fù)雜性變得更加復(fù)雜，因?yàn)楣こ處熜枰ㄟ^控制電流來(lái)控制速度。在典型的電機(jī)速度控制環(huán)路中，工程師會(huì)使用兩個(gè) PI 控制器——一個(gè)在內(nèi)環(huán)中控制電機(jī)電流，另一個(gè)在外環(huán)中控制電機(jī)速度（圖 2）。當(dāng)電機(jī)速度低于指令值時(shí)，外環(huán)需要更大的電流；內(nèi)環(huán)校正電機(jī)電流以匹配所需值。在電機(jī)控制應(yīng)用中，PI 控制器優(yōu)化的復(fù)雜性變得更加復(fù)雜，因?yàn)楣こ處熜枰ㄟ^控制電流來(lái)控制速度。在典型的電機(jī)速度控制環(huán)路中，工程師會(huì)使用兩個(gè) PI 控制器——一個(gè)在內(nèi)環(huán)中控制電機(jī)電流，另一個(gè)在外環(huán)中控制電機(jī)速度（圖 2）。當(dāng)電機(jī)速度低于指令值時(shí)，外環(huán)需要更大的電流；內(nèi)環(huán)校正電機(jī)電流以匹配所需值。圖 2：典型的速度控制環(huán)路使用兩個(gè) PI 控制器來(lái)控制電機(jī)電流和速度本身，從而使尋找最佳控制器參數(shù)的任務(wù)更加復(fù)雜。（圖片來(lái)源：德州儀器）圖 2：典型的速度控制環(huán)路使用兩個(gè) PI 控制器來(lái)控制電機(jī)電流和速度本身，從而使尋找最佳控制器參數(shù)的任務(wù)更加復(fù)雜。（圖片來(lái)源：德州儀器）

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