【算法研究】如何对电机进行精确控制？-电路图讲解-电子技术方案

电机作为各种电器和机械的动力源，无论在工业应用还是个人项目上，几乎每位工程师和电子爱好者都会接触，可谓小电机大作用，今天我们就一起聊聊电机运动控制算法。

一、DSP与TI
为什么提到电机控制很多人首先会联想到DSP？而谈到DSP控制总绕不过TI，首先DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。该芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，提供特殊的指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。基于DSP芯片构成的控制系统事实上是一个单片系统，因此整个控制所需的各种功能都可由DSP芯片来实现。因此，可以减小目标系统的体积，减少外部元件的个数，增加系统的可靠性。优点是稳定性好、精度高、处理速度快，目前在变频器、伺服行业有大量使用。主流的DSP厂家有美国德州仪器（Texas Instruments，TI）、ADI、motorola、杰尔等其他厂商，其中TI的TMS320系列以数字控制和运动控制为主，以价格低廉、简单易用、功能强大很受欢迎。

二、常见的电机控制算法及研究方法
1、电机控制按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。不同的电机所采用的驱动方式也是不相同的，这次主要介绍伺服电机，伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因此，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，同时又与伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，进而很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。伺服电机相比较普通电机优势在于控制精度、低频扭矩，过载能力，响应速度等方面，所以被广泛使用于机器人，数控机床，注塑，纺织等行业，如图 1。

图 1

2、传统控制平台只关注电机特性，新的运动控制平台由电机及加载系统、电机驱动程序调试系统、数据采集和电源系统组成。从电机到驱动构建出完整的硬件软件实验环境，提供全开放式的软硬件接口，具有丰富的可扩展性教学体验，全面可靠的保护措施，可做电机识别，堵转，电机效率测试，电机参数测定，电机T-N曲线测试，电机运动控制及编码器矢量转矩，无感矢量速度分析等测试，系统如图 2。

图 2

三、PWM控制及测试结果
脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变，MES-100测试波形如图 3图 4。

图 3

图 4

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

目前很多偏僻的地方和部分城市抄电表还是人工的方式，费时费力，也有很多地区通过盖章升级已经实现了集中抄表。远程电表抄表系统主要包括电表、采集器、集中器、主站管理中心。

远程电表抄表系统框架
目前远程电表抄表系统主要包括电表、采集器、集中器、主站管理中心。如图 1所示。采集器通过总线方式（多为485总线）收集电表信息，然后再通过总线将信息传输到集中器上，集中器可通过以太网或者公网无线方式和主站管理中线通信。系统中采集器和集中器容易产生混淆。

电表主要是用来测量电能的；采集器主要有三个功能：采集电表数据（如峰、谷、平不同时段的数据）、保存、通过电力载波响应集中器的命令上传数据或向电表下传执行命令（如电表有可以切断用户用电的功能）。集中器主要将收集的信息进行存储处理并且和主站管理中心通信。

图 1 远程电表抄表系统框架

集中器设计
集中器通常一个变台区一个，装在变压器附近，如配电室。工作的环境较恶劣，这对集中器硬件的可靠性和稳定性有一定要求，要符合工业级要求。另外集中器需要和采集器和主站管理中心通信，所以其主控需要支持丰富的接口，对集中器的要求如下：

l以太网，用于集中器与主站管理中心有线通信。

lGPRS，用于集中器与主站管理中心无线通信。

lRS-485、CAN总线，实现集中器与采集器通信。

l按键，用于对集中器进行人工选择和设置。

lDebug（RS-232）接口，用于对集中器调试。

l本地抄表具备2路（可扩展至3路）RS485。

图 2 M28X-T功能框架

集中器除了可以设计成485总线集中器通信，还可以设计成CAN总线。

CAN总线与RS-485总线以1Mbit/S的高速率传输的距离都不超过100M，可谓高速上的距离差不多。但是在低速时CAN以5Kbit/S时，距离可达10Km，而RS-485在低的速率也只能到1219m左右。可见CAN在长距离的传输上拥有绝对的优势。CAN总线是多主从结构，每个节点都有CAN控制器，多个节点发送时，以发送的ID号自动进行仲裁，这样可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完。另一个节点可探测到总线空闲，马上发送，省了主机的询问，提高了总线速率，增强了快速性。RS-485只规定了物理层，没有数据链路层，对错误无法识别，除非一些短路等物理错误。这样容易造成一个节点破坏，一直向总线发数据，造成整个总线瘫痪。所以RS-485一旦坏一个节点，这个总线网络就会瘫痪。CAN总线有CAN控制器，可以对总线任何错误进行检测，CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，CAN总线在网络各节点之间的数据通信实时性强。

M28X-T系列核心板是基于 Freescalei。MX28（ ARM926EJ-S™）系列芯片为核心的嵌入式工控核心板，针对工业及消费电子、汽车行业推出的高性能、低功耗处理器，包含了丰富的外设资源供开发。如所示。

图 3 M28X-T核心板

其资源如下：
lCPU： Freescale i。MX283/ i。MX287；

l运行频率： 454MHz；

l支持 64/128M DDR2；

l支持 64/128MB NAND FLASH；

l支持独立硬件看门狗；

l支持多种文件系统，支持 SD/MMC 卡、 U 盘读写；

l支持 1 路 USB2.0 HOST、 1 路 USB2.0 OTG；

l支持 2 路 10M/100M 以太网接口，支持交换机功能；

l支持多达 6 路串口、 2 路 CAN；

l支持 1 路 SD Card 接口， 1 路 SDIO；

l1 路 I²C、 1 路 SPI、 1 路 I²S 及 4 路 12 位 ADC；

l支持 JTAG 调试接口；

l采用 6 层 PCB 工艺；

l所有元器件均符合工业级-40℃~+85℃要求。

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）