電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）實現(xiàn)精密的運動控制是機器人、汽車等各種和電機相關(guān)的應(yīng)用里非常重要的環(huán)節(jié)，不斷采集控制數(shù)據(jù)的高度自動化的精密運控設(shè)備在現(xiàn)如今的工廠也越來越常見。這些電機系統(tǒng)需要有著精準(zhǔn)的實時運動控制，才能保證設(shè)備的平穩(wěn)運行以及實現(xiàn)其他多樣的功能。

想要實現(xiàn)精密的運動控制或者實時控制，涉及三個基礎(chǔ)的子系統(tǒng)，感應(yīng)、處理和驅(qū)動。這三個高性能系統(tǒng)的緊密配合，電機設(shè)備才能準(zhǔn)確無誤的精準(zhǔn)運行，還能大大縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時間。

精密運控的前提——感應(yīng)

對設(shè)備的運動進行控制那就必須對設(shè)備的位置和速度有著精確的感應(yīng)，在控制過程中還要不斷收集其數(shù)據(jù)。在任何對運動控制有高性能要求的系統(tǒng)里，對位置傳感、速度傳感的需求幾乎都是無處不在的，位置和速度感應(yīng)技術(shù)一定程度上決定了運控系統(tǒng)的性能上限，準(zhǔn)確、快速和可靠的位置測量是實現(xiàn)實時精準(zhǔn)控制的前提。

作為一種廣泛應(yīng)用的感應(yīng)元件，編碼器具有不可否認的高精度，同時集成到控制電子裝置里也很方便，是伺服系統(tǒng)感應(yīng)系統(tǒng)中的重要角色。不論是增量式還是絕對式編碼器，都有不少的應(yīng)用，二者如何選擇還是取決于應(yīng)用場合和運動類型。

增量式編碼器在很多高精度的閉環(huán)應(yīng)用中性價比優(yōu)勢明顯，絕對值編碼器檢測精度和準(zhǔn)確性更高，成本也更高。霍爾位置傳感在自動化設(shè)備運控應(yīng)用里是很常見的一類選擇，尤其是3D霍爾的應(yīng)用，檢測出的絕對位置信息相比傳統(tǒng)霍爾精度更高，結(jié)果更可靠，任何3D運動絕對位置檢測都可以通過這種感應(yīng)器件實現(xiàn)。

此外還有各種磁阻傳感、旋變的應(yīng)用，這些感應(yīng)手段為精準(zhǔn)的運控提供了必要的位置和速度數(shù)據(jù)。雖然目前也有很多無傳感器的精準(zhǔn)控制方案，但在絕大多數(shù)對運控有高要求的系統(tǒng)里，優(yōu)秀的感應(yīng)技術(shù)還是對于優(yōu)化算法和提高控制性能有著重要的意義。

直接影響控制性能的處理能力

在精密運動控制系統(tǒng)中執(zhí)行運動控制配置文件和算法需要具有高計算能力的處理器，處理能力會直接影響到整個信號鏈從收集到電流、電壓、位置和速度測量結(jié)果到更新控制輸出的時間。處理能力跟不上算法需求，運動精度下降也是自然的。

用于精密運控的主控芯片，大家已經(jīng)很熟悉了，從國內(nèi)品牌到國外品牌，從DSP到MCU到FPGA，可以選擇的產(chǎn)品數(shù)不勝數(shù)。因為運控算法嚴(yán)重依賴各種數(shù)學(xué)函數(shù)運算，所以高計算能力自然是首先要考量的地方。

更多復(fù)雜的控制算法，如多電機同步、參數(shù)辨識、SVC（Senseless Vector Control）、諧波注入等也需要高性能的處理能力作為前提。優(yōu)秀的處理能力帶來的更快的指令響應(yīng)時間、更優(yōu)異的高頻擾動抑制表現(xiàn)，最終體現(xiàn)在運控效果上就是更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪聲和電機抖動。

當(dāng)然，控制外設(shè)也是非常重要的一環(huán)，通訊接口、ADC、PWM等等匹配的外設(shè)也是高性能運動控制系統(tǒng)的助力。

向高集成度發(fā)展的驅(qū)動

驅(qū)動也是老生常談的話題了，驅(qū)動器對電機的調(diào)速控制通常利用PWM，目前基本上驅(qū)動的PWM頻率都能做得很高，附加功能開始成為亮點。對電機驅(qū)動控制專用芯片來說，單顆芯片如果有更高的功能集成度，那么在應(yīng)用時就能大幅簡化外圍器件與電路，大大提高運控硬件設(shè)計的緊湊程度，比如現(xiàn)在的驅(qū)動上會集成電流檢測和電源模塊。

有些廠商還會在驅(qū)動上集成精密自動死區(qū)時間補償技術(shù)，通過該技術(shù)補償電流失真，極大程度上優(yōu)化電機的聲學(xué)性能，又或者是集成不同的梯形控制技術(shù)來降低噪聲。有些驅(qū)動還能主動消磁，以此來減少驅(qū)動的功率損耗。

功率器件是另一個可以升級的地方，應(yīng)用寬帶隙功率器件快速開關(guān)速度和低開關(guān)損耗優(yōu)勢可以進一步提升環(huán)路控制，在性能和穩(wěn)定性上都會有不少提升。

小結(jié)

目前各類自動化設(shè)備終端市場都對運控性能提出了更高的需求，不僅需要電機能夠做到高效率和多功能控制，還需要在追求高轉(zhuǎn)速的同時實現(xiàn)低噪音低振動的控制效果。想要實現(xiàn)這種高性能的精密運控，感應(yīng)、處理和驅(qū)動三個高性能子系統(tǒng)缺一不可。