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一種更簡單的高性能電流環(huán)路控制設(shè)計(jì)方法

2512793 2022-11-25 | pdf | 389.12KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

長期以來，電流環(huán)路控制在過程控制系統(tǒng)和自動化制造設(shè)施中發(fā)揮著重要作用。為了滿足對更高性能伺服系統(tǒng)的需求，制造商需要在基于高速 FPGA 和昂貴信號鏈的復(fù)雜設(shè)計(jì)中實(shí)施更快的電流環(huán)路控制解決方案。長期以來，電流環(huán)路控制在過程控制系統(tǒng)和自動化制造設(shè)施中發(fā)揮著重要作用。為了滿足對更高性能伺服系統(tǒng)的需求，制造商需要在基于高速 FPGA 和昂貴信號鏈的復(fù)雜設(shè)計(jì)中實(shí)施更快的電流環(huán)路控制解決方案。但是，本文將使用但是，本文將使用德州儀器德州儀器(TI) 的實(shí)際解決方案表明，微控制器硬件和軟件功能的最新進(jìn)展使得在不犧牲性能的情況下降低實(shí)施成本成為可能。(TI) 的實(shí)際解決方案表明，微控制器硬件和軟件功能的最新進(jìn)展使得在不犧牲性能的情況下降低實(shí)施成本成為可能。控制回路操作控制回路操作在許多控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員依靠比例積分 (PI) 控制環(huán)路來管理電流或其他性能特征。原則上，這些控制器很簡單。他們使用期望性能和測量性能之間的誤差，根據(jù)兩個(gè)誤差處理路徑的輸出生成校正信號（圖 1）。比例 (P) 路徑將增益應(yīng)用于誤差；積分 (I) 路徑對誤差進(jìn)行積分并放大結(jié)果。在許多控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員依靠比例積分 (PI) 控制環(huán)路來管理電流或其他性能特征。原則上，這些控制器很簡單。他們使用期望性能和測量性能之間的誤差，根據(jù)兩個(gè)誤差處理路徑的輸出生成校正信號（圖 1）。比例 (P) 路徑將增益應(yīng)用于誤差；積分 (I) 路徑對誤差進(jìn)行積分并放大結(jié)果。圖 1：比例積分 (PI) 控制回路生成校正信號，該信號將集成測量信號誤差輸出與將簡單比例增益應(yīng)用于誤差信號的路徑相結(jié)合。（圖片來源：德州儀器）圖 1：比例積分 (PI) 控制回路生成校正信號，該信號將集成測量信號誤差輸出與將簡單比例增益應(yīng)用于誤差信號的路徑相結(jié)合。（圖片來源：德州儀器）與更簡單的控制應(yīng)用不同，伺服電機(jī)設(shè)計(jì)取決于三個(gè)相互依賴的性能特征：位置、速度和電流。要改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，需要改變其速度。反過來，要改變其速度，需要改變通過脈寬調(diào)制 (PWM) 施加到電機(jī)繞組的電流。伺服電機(jī)控制開發(fā)人員在級聯(lián)控制結(jié)構(gòu)中反映了這種環(huán)路相互依賴性，如圖 2 所示。與更簡單的控制應(yīng)用不同，伺服電機(jī)設(shè)計(jì)取決于三個(gè)相互依賴的性能特征：位置、速度和電流。要改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，需要改變其速度。反過來，要改變其速度，需要改變通過脈寬調(diào)制 (PWM) 施加到電機(jī)繞組的電流。伺服電機(jī)控制開發(fā)人員在級聯(lián)控制結(jié)構(gòu)中反映了這種環(huán)路相互依賴性，如圖 2 所示。圖 2：級聯(lián)伺服控制系統(tǒng)使用嵌套反饋回路快速響應(yīng)性能偏差，而不是等待效果傳播到整個(gè)控制結(jié)構(gòu)。（圖片來源：交大）圖 2：級聯(lián)伺服控制系統(tǒng)使用嵌套反饋回路快速響應(yīng)性能偏差，而不是等待效果傳播到整個(gè)控制結(jié)構(gòu)。（圖片來源：交大）這種嵌套方法通過在潛在錯(cuò)誤傳播之前糾正潛在錯(cuò)誤來本質(zhì)上有助于穩(wěn)定性。例如，最內(nèi)層的電流環(huán)路可以在負(fù)載變化顯著影響速度和位置之前獨(dú)立修改轉(zhuǎn)矩以響應(yīng)負(fù)載變化。這種嵌套方法通過在潛在錯(cuò)誤傳播之前糾正潛在錯(cuò)誤來本質(zhì)上有助于穩(wěn)定性。