嵌入式領(lǐng)域中電機控制應(yīng)用的可編程片上系統(tǒng)（PSoC）
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圖1：控制電機速度的閉環(huán)系統(tǒng)
一般說來，可將電機控制系統(tǒng)分為各種不同的子系統(tǒng)，如速度、位置或方向控制系統(tǒng)等。我們首先看一下構(gòu)造簡單的速度控制系統(tǒng)，其電機采用常量電壓（V）。在默認情況下，電機在特定的供電電壓（V）下具有特定的轉(zhuǎn)速（x）。如果向電機施加相同電壓（V）的負載，那么其轉(zhuǎn)速可能下降（y）。這樣，我們就不能控制電機的速度，也就是說不能確保轉(zhuǎn)速不受任何外部因素的影響。這是一種開環(huán)系統(tǒng)，因而我們要采取一定的反饋機制，以便能感應(yīng)電機的速度并對有關(guān)因素進行補償。
圖1顯示了閉環(huán)電機控制系統(tǒng)。這里，運動控制器將來自反饋系統(tǒng)的信號與實際輸入進行比較，以獲得誤差信號，然后將其放大后提供給電機。在此系統(tǒng)中，向電機饋送校正因數(shù)的“運動控制器”和“放大器”模塊可一起由混合信號控制器實現(xiàn)，而光學(xué)轉(zhuǎn)動編碼器則作為傳感器，因為我們能通過控制器輕松對該組件的輸出信號進行解碼。下文將對上述各個系統(tǒng)的模塊做進一步地闡述。
DC和步進電機簡介
電機就是可將電能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備。下列給出了不同領(lǐng)域常用的一些電機類型：
(Ⅰ) DC電機：最簡單的DC電機就是在軸上加線圈繞組，固定永磁鐵（見圖2）。在將電壓（V）施加給線圈時，電流（i）通過線圈。由于已有磁場（B），會有力（F）作用在線圈上（弗萊明右手法則）使其轉(zhuǎn)動。
一旦線圈達到永磁鐵的磁極之一，就會受到斥力并向另一磁極運動，從而形成持續(xù)轉(zhuǎn)動，速度由所施加的DC電壓決定。
圖2：DC電機的工作原理
(Ⅱ) 步進電機：永磁步進電機由永磁轉(zhuǎn)子、線圈繞組和磁傳導(dǎo)定子組成。
為線圈繞組施加電壓會產(chǎn)生電磁場，出現(xiàn)南北極。定子承載著磁場。通過順序通電或“步進”定子線圈，能改變磁場，進而生成旋轉(zhuǎn)運動。圖2描述了雙相電機的工作情況。在第一步中，為雙相定子的A相施加電壓，就會將轉(zhuǎn)子磁鎖在如圖所示的位置，這是因為異性相吸；在第二步中，關(guān)閉A相打開B相，讓轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)90度；在第三步中，B相打開，極性與第一步相反，又產(chǎn)生90度旋轉(zhuǎn)；在第四步中，A相關(guān)閉，B相打開，極性與第二步相反。重復(fù)上述序列會讓轉(zhuǎn)子每次以90度步進順時針旋轉(zhuǎn)。
在步進電機中，電機旋轉(zhuǎn)的速度取決于第一步到第四步的執(zhí)行速度。
圖3：步進電機的工作原理
旋轉(zhuǎn)編碼器簡介及其分類
電機控制系統(tǒng)的下一個部分就是能感應(yīng)電機狀態(tài)并將狀態(tài)饋送回控制器的反饋傳感器。如前所述，旋轉(zhuǎn)編碼器可發(fā)揮反饋傳感器的作用。
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