高效的步進電機控制算法

圖1 對NXT引腳掃頻的同時監(jiān)視SLA引腳

電機控制系統(tǒng)可以不斷地對SLA電壓進行采樣，如果遇到異常情況，就可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?。因為反電動勢正比于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，所以可以方便地用于感應(yīng)輸出軸上的外部負(fù)載，并調(diào)節(jié)供應(yīng)給電機的電流。取自SLA引腳的數(shù)據(jù)大有作為的另一個領(lǐng)域是當(dāng)電機將要進入共振區(qū)域的時候。通過設(shè)計一種算法來快速地識別出這種情況，步進電機控制系統(tǒng)就可以立即加速通過這一區(qū)域，到達新的安全速度。

圖1左側(cè)的紅色方塊突出顯示了系統(tǒng)中的共振。這可能是因為電機的實際安裝，在步進臺階之間的電機共振基頻，或者其他二階因素。這些通常是需要避開的換向速度區(qū)域，如果采用安森美半導(dǎo)體的反電動勢技術(shù)，可以方便地在數(shù)分鐘之內(nèi)得到映射。這將有助于減少機電系統(tǒng)的壓力。這之所以重要，是因為系統(tǒng)壓力可能會造成噪聲增大，性能下降，并可能造成系統(tǒng)可靠性降低。這種數(shù)據(jù)收集方法的亮點在于，不需要對系統(tǒng)進行物理更改就能完成映射過程。唯一的傳感器就是電機本身，所以不會額外增加機械復(fù)雜度。

圖1右側(cè)的紅色方塊表示電流驅(qū)動超出系統(tǒng)的RLC時間常數(shù)的區(qū)域，從而導(dǎo)致了電機線圈上的殘余電流。它是這種特定的機電系統(tǒng)的“速度限制”。

在這兩塊區(qū)域之間的就是推薦的電機工作區(qū)域。還應(yīng)該注意到，相同的映射還可用于識別電機無法換向（從而無法產(chǎn)生反電動勢）的失速情況。在系統(tǒng)控制器中，只需要通過配置電機激勵之間的最低閾值就能夠控制這種情況。

在設(shè)計中使用映射數(shù)據(jù)
一旦完成了映射并且知道了理想的速度曲線，就可以選擇最佳的SLA取值。對于給定系統(tǒng)而言，它將代表效率最高的工作點?？梢酝ㄟ^動態(tài)地調(diào)節(jié)電機控制變量，如電流驅(qū)動、加速度和速度，以避免出現(xiàn)會損害效率的問題，如機械共振和過大的驅(qū)動電流。無傳感器/反電動勢方法的優(yōu)勢在于，來自傳感器的反饋不是簡單的二元信息，而是可以用于從電機獲得詳細(xì)的診斷信息，而且不會額外增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，就又使得我們能夠使用SLA的細(xì)微變化來進行實時補償，從而避免丟步。