音圈電機(jī)伺服驅(qū)動器與運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3 音圈電機(jī)的控制策略

　　“控制”可以定義為一個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)輸出量產(chǎn)生影響的結(jié)果，其特征是開環(huán)作用路徑，即控制鏈路?！罢{(diào)節(jié)”是在一個(gè)系統(tǒng)中，對被調(diào)節(jié)量連續(xù)不斷地進(jìn)行檢測，與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并從與基準(zhǔn)量平衡補(bǔ)償?shù)囊饬x上對該被調(diào)量產(chǎn)生影響的過程，其特征是閉環(huán)作用路徑，即調(diào)節(jié)回路。音圈電機(jī)伺服控制采用兩閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為速度流環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。如圖5所示。

3.1 音圈電機(jī)速度環(huán)

　　驅(qū)動器速度環(huán)以位置為調(diào)整目標(biāo)，時(shí)刻檢測音圈電機(jī)的位置信息，進(jìn)而調(diào)整速度。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中電機(jī)準(zhǔn)確定位，用固定占空比控制會導(dǎo)致電機(jī)速度隨著負(fù)載的變化而變化。選用MicroE公司的光柵尺作為反饋回路的反饋傳感器。MicroEMTE系列微型讀數(shù)頭，增強(qiáng)型的分辨率0.5μm，標(biāo)準(zhǔn)型的分辨率為1μm。對速度反饋量做PID算法占空比可以實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)。如圖6。

3.2 音圈電機(jī)電流環(huán)

　　電流閉環(huán)模式下驅(qū)動器以轉(zhuǎn)矩為調(diào)整目標(biāo)，使得電機(jī)能以最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動。電流環(huán)的作用主要是2個(gè)，一是啟動過程的加速，二是對電機(jī)最大工作電流的保護(hù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 開環(huán)測試

　　音圈電機(jī)在開環(huán)控制下，輸入階躍信號，輸出跟隨的能力如圖7。

　　在開環(huán)控制下，音圈電機(jī)超調(diào)量為20%，響應(yīng)速度慢，所以無法滿足系統(tǒng)的控制精度的要求，所以考慮用閉環(huán)控制。

4.2 閉環(huán)測試

　　音圈電機(jī)在做高速時(shí)的速度曲線和位置曲線如圖8。

　　在閉環(huán)控制下，音圈電機(jī)的速度為200mm/s，加速度為5m/s2，位移量為8000個(gè)counts。位置超調(diào)量<10counts，整定時(shí)間5ms時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差：土4 counts，整定時(shí)間10ms時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差：土1 count。如圖9。

5 結(jié)論

　　本文采用STM32F103VCT6作為控制器，運(yùn)用PID算法對音圈電機(jī)位置進(jìn)行了精確控制，最大電流為3A，穩(wěn)態(tài)調(diào)整誤差為土1 count，最大速度：6m/s，最大加速度5g。最終實(shí)現(xiàn)了音圈電機(jī)的高加速、高速度、高響應(yīng)等特性。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第1期第65頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。