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电机控制的结构框图如图1所示。一个电机系统包括四个大部分#xff1a;被控对象、控制器、执行器、反馈#xff0c;硬件上分别对应电机、MCU、驱动电路、信号调理电路#xff0c;这样就构成了一套反馈控制系统 一套电机系统的完成主要包括以下两个方面…1.电机控制的结构框图
电机控制的结构框图如图1所示。一个电机系统包括四个大部分被控对象、控制器、执行器、反馈硬件上分别对应电机、MCU、驱动电路、信号调理电路这样就构成了一套反馈控制系统 一套电机系统的完成主要包括以下两个方面硬件电路的搭建以及控制算法的实现。硬件电路组成如图2所示一套电机系统硬件主要包括MCU、功率器件MOSFET/IGBT、驱动电路、信号调理电路、保护电路。控制理论的组成如图3所示主要是电机理论与控制算法其中电机理论的学习让我们知道控制对象的外特性而控制算法主要实现怎么控制好电机这个被控对象。 下面分别讲一下自己对于硬件电路选型和控制算法的理解。
2.硬件电路器件选型
2.1MCU
MCU就是微控制器是电机系统实现自动控制的“中枢大脑”大脑里其中包含了最精华的控制算法的实现。目前控制器大概分四大类单片机、ARM、DSP、FPGA。
2.1.1 单片机
单片机适用的场合私以为是一些算法简单、成本低廉或者某些专用场合。比如4位的用于钟表之类。以前由于微机课程的原因对单片机的了解仅仅局限于8051现在才知道8位的或者16位的单片机依旧市场广泛。以项目中用到的STM8和S12ZVM为例一个ST公司8位的或者16位的单片机足够满足汽车某一方面的电机控制需求甚至能够将芯片电源、微控制器、MOSFET预驱动、LIN/CAN/PWM通信集于一身功能足够满足项目要求。
2.1.2 ARM
ARM目前没用过做主控芯片只听说过ST公司的STM32F103和F407对于ARM和DSP的区别我还是认同网上以为DSP培训工程师的说法ARM接口资源多一些方便做一些展示型的东西比如显示屏之类的如果要做控制还是DSP专业一些。
2.1.3 DSP
DSP得益于TI公司强大的实力以及各种针对中国的大学计划、培训课程之类是电机控制器的首要之选。各种例程、教学资源网上都可以找得到在此不多赘述。
2.1.4FPGA
FPGA并行运算、硬件实现具有进行大规模矩阵运算的优势。不过根据自己的经验用FPGA写算法还是比较难做因为没有那么多的库可以用写到最后连最基础的功能都需要自己去写着实难写不过也可能是自己水平有限没有找到合适的途径。
对于目前FPGA的发展我觉得DSPFPGA是一条不错的道路DSP做主控芯片FPGA做协处理器将FPGA挂在DSP总线上适合FPGA的运算交给它去处理然后读回来进行处理。目前XILINX和Intera(Altera)公司好像都在按照这个思路去做。当然还有一些比如SOPC、高级语言编程、MATLAB转化HDL的思路。目前觉得FPGA还是不太适合作为主控芯片需要看两大公司发展思路。
2.1.5 选型
在进行MCU选型的时候我觉得主要要考虑以下几个因素主频、内部资源、成本、实际项目需求等。
主频决定了MCU能够以多快的速度运行是非常重要的一点
内部资源要保证功能能够实现
成本问题也要注意这是做了横向项目之后才有的感受。以前做纵向作为学生虽然知道成本问题但是还是不敏感花钱难免大手大脚留的裕量没有5倍也有3倍总觉得MCU有什么可选的DSP都可以解决但是DSP一片28335裸片90块可能占掉了绝大部分成本要求属于浪费。
实际项目需求上选型时要考虑不同器件的特点。比如DSP属于通用器件资源多功能强大。但是这也说明一件事资源多归多可是对哪一方面也可能不是最精的如果需要某一方面还是要去找一些专用芯片不能上来就是DSP汽车级芯片还是NXP、Infineon更专业。
2.2 MOSFET
MOSFET主要就两类IGBT和MOSFET选型网上有很多资料我觉得最主要的参数就是耐压、耐受电路、开关频率。
关于IGBT和MOSFET的区别我还是想再敲一遍加深自己的印象
IGBT耐压高于MOSFETMOSFET耐流高于IGBTIGBT功率大于MOSFET电压电流都可以一个缺点就是开关频率不如MOSFET100KHz就不错了而MOSFET可以做到上百MHz。
所以一般的选型低压、高速电机、成本低时用MOSFET高压、大功率用IGBT。 2.3驱动电路
驱动电路的功率我始终记得杭州飞仕得工程师洪磊说的驱动的核心功能就是隔离放大保护。驱动隔离方案主要分三种光耦/光纤、脉冲变压器、磁耦如图4所示。目前我使用的主要是脉冲变压器式主要是SCALE公司的2SD106以及315还有0108系列好用是好用就是一块300起烧一块心疼。驱动电路的设计主要考虑驱动电流和驱动功率能否将功率器件驱动起来这要看驱动芯片手册和功率器件手册中的Qg、Vgs等关键参数。 2.4 信号调理电路Signal Conditioning Circuit
信号调理电路signal conditioning circuit是指把敏感元件检测到的各种模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路。其实这是我第一次去注意信号调理的英文名是怎么翻译的还挺有意思的。数字量输入通道中的信号调理主要包括消抖、滤波、保护、电平转换、隔离等。
电机伺服控制主要需要两种信号三相电流和转子位置信号。三相电流需要采用电流传感器或者采样电阻采采集然后通过调理电路将输出至AD的信号调理成0-3.3V(DSP和FPGA的电平或者0-5V部分单片机的要求进行处理。转子位置信号可以计算出转子位置和电机转速一般通过对电机编码器信号处理得到。常用的光电码盘得到的是ABZ信号或者他们的差分属于TTL电平信号直接可以输给DSP或者差分转单端电路处理。如果是旋转变压器、正余弦编码器则需要一块转接板来将信号在处理时转化转成TTL电平。转接板价值不菲便宜的1000左右贵的5000-10000左右。 2.5保护电路
强电侧的保护电路过压、过流、短路、故障。
