机器人运动系统不仅涉及电机,它包括三个主要功能模块。
1.实时控制器,表现为以下三种形式。
作通常用途、运行运动-控制固件的快速计算处理器;
应用在控制方面、面向DSP的FPGA;
带硬连线和内置算法的专用控制器IC电路。
2.一个或多个级联的驱动层,以把低层信号从控制器输出中取出,然后输出控制电子器件通断所需要的高电压/电流。
3.MOSFET(或者其它开关器件,如IGBT或者双极型晶体管),它控制流向电机绕组的电流。
具体MOSFET的选取主要取决于电机和绕组所需的电流和电压大小。MOSFET型号确定下来之后再选择驱动器,MOSFET驱动器的选择由MOSFET的额定值决定;有时可能需要一系列升压驱动器,具体取决于MOSFET的尺寸。
3选择控制器时可能会遇到的问题
控制器型号选择也很富有策略性,需要在选择具体供应商和型号之前作出决定。选择是使用一个仅作电机控制的通用处理器,还是具有高计算能力的FPGA,抑或是一个专用的控制IC电路(通常出自特定的电机控制供应商)时有许多需要权衡考虑的地方。设计师需要考虑因素包括:
你需要何种复杂度的控制算法,有多少I/O口?
谁来提供控制算法及代码:是IC供应商、第三方合作伙伴,还是不相关的第三方开发者?他们如何确认并验证电机及其应用的性能?
你需要多少用户编程能力?即使是专用的、不需要编程的控制器,也会要求用户选择算法类型、闭环控制模式
(位置、速度或加速度),并且需要设置一些操作参数。
电机和应用有独特的属性要设置吗?如果答案是肯定的,那选择可编程IC会更好。相反,如果不需要修改算法,这种情况下,相比完全可编程的IC,选择带有硬连线、固化算法的专用IC会比较好。
控制器需要支持多种电机型吗?即便是同一种,控制器是只需支持该型号中某种尺寸的电机,还是支持一系列尺寸范围?
供应商提供何种程度的技术支持?他们有哪些实际动手开发的电机经验?他们会不会提供曾经搭建且验证过的具体参考设计,包括控制IC和MOSFET驱动器间的接口电路?
是否有一些监管问题需要注意?如授权的能效评估
(许多电机应用现在必须满足各种“绿色”环保要求)。如果是,供应商理解这些问题吗,他们的元器件和算法满足这些要求吗?
4开发套件展示控制器与接口性能
对于许多工程师来说,将所有的部分-包括带有固化或独立算法的控制器、驱动器、MOSFET等-融合到一起,是一个需要多部门配合完成的任务,一个他们不想“从零开始”的任务。出于这个缘由,许多供应商提供包含了控制器、示例算法、驱动器和MOSFET的评估板甚至是完整的套件。举例来说,FreescaleMTRCKTSPNZVM128三相无传感器PMSM套件采用无传感器电机控制技术驱动三相BLDC或PMSM电机。该套件设计用于通过借助微控制器集成ADC模块支持使用反电动势快速进行原型设计和评估。此外,此套件(具有MC9S12ZVML12微控制器)还可配置为基于传感器评估使用霍尔传感器或解析器的操作。
随着技术的进步,包括通过改进电机控制和传感所带来的精确执行将创造新的机遇,机器人的前景也非常可观。传感、控制和电机这些关键领域的革命将持续影响机器人技术的变革。
(敬请关注微信号:dzbyqzx)