高效的步進電機控制算法

在對基于步進電機的運動控制系統(tǒng)設(shè)計進行優(yōu)化的過程中，工程師必須綜合考慮成本、性能、效率、未預(yù)料到的反饋難題（如機械共振）以及開發(fā)時間等因素?，F(xiàn)代的電機控制系統(tǒng)面臨著在多種不利環(huán)境中工作的難題，而傳統(tǒng)解決方案的總效率通常受限于整個系統(tǒng)所遇到的最壞情況。自適應(yīng)控制算法對于提取出經(jīng)過優(yōu)化的機電系統(tǒng)的最大效率而言是必不可少的。

系統(tǒng)映射
如果希望得到最高效率，就必須對整個機電系統(tǒng)的邊界條件進行映射。所有的系統(tǒng)變量都必須考慮到：溫度、機械降解、加速度、速度、電源電壓等等。系統(tǒng)架構(gòu)也會對其產(chǎn)生影響。

在開環(huán)系統(tǒng)中，通常需要以最壞情況下的電流驅(qū)動和速度曲線來激勵電機，所以我們可以認為效率并不是這類系統(tǒng)的首要設(shè)計目標。這種類型的測試非常耗費時間，因為必須在電機可能使用的所有電源電壓、溫度和速度值下對系統(tǒng)進行驗證，以盡量減小出現(xiàn)共振的風(fēng)險。每個步進電機系統(tǒng)都存在發(fā)生共振的可能，這通常是因為工作在（或接近于）電機的自然頻率而造成的。避開這些區(qū)域是至關(guān)重要的，因為共振可能會造成電機丟步或進入失速狀態(tài)。不過，對于開環(huán)系統(tǒng)而言，確定這些區(qū)域可能是非常困難的。

閉環(huán)控制通常采用以下兩種形式：基于傳感器的系統(tǒng)（光或是霍爾效應(yīng)）和無傳感器的系統(tǒng)。無傳感器的系統(tǒng)也稱為“半閉環(huán)系統(tǒng)”，通常使用由電機線圈所產(chǎn)生的電壓來作為反饋?；趥鞲衅鞯目刂葡到y(tǒng)使用得很廣泛，但是在映射實踐中必須考慮傳感器的其他變化。無傳感器的系統(tǒng)的一項主要優(yōu)勢在于，它只需要讀取與電機的物理運動有關(guān)的信息。它的另一項重要的優(yōu)勢是降低了閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)成本，同時，由于不需要外部傳感器，也降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。成功的設(shè)計需要理解反電動勢的特性。

SLA映射
反電動勢可以方便地提取出與機電系統(tǒng)的運動有關(guān)的詳細信息，并提供診斷數(shù)據(jù)。在電機的驅(qū)動電流脈沖之間，電機線圈運動經(jīng)過電機磁場時，就會產(chǎn)生電壓。這一信息通常被稱為電機的速度和/或負荷角（SLA）?？梢酝ㄟ^監(jiān)視反電動勢的幅度來很好地近似步進電機的角速度。

圖1給出了使用AMIS-30522細分步進電機控制器驅(qū)動安裝在機械系統(tǒng)中的傳統(tǒng)步進電機時SLA引腳的映射。這一信息是在對NXT輸入（確定電機激勵速度的時鐘輸入）進行掃頻的過程中收集的。隨著它從左向右移動，激勵的頻率升高，可以清晰地看到不同的工作區(qū)域。測量整個系統(tǒng)的電機特性的能力是AMIS-305xx系列所具有的一種非常強大的特性——特別是它能夠處理傳統(tǒng)的設(shè)計難題，而在此之前，系統(tǒng)設(shè)計人員只分析電機的共振性能，而沒有認識到一旦整個機械裝置放在一起之后這些區(qū)域可能會發(fā)生變化。