电机控制

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

在实践中，大多数直流电机都不仅仅是两个简单版本电枢极的组合。除了其他好处外，更多的极点可使电机从任何旋转角度更可靠地启动（简单版本有两个小的死区）。而且，这样的电机不允许瞬态短路电流通过，有些系统每转允许有两次短暂的短路电流通过，但是很多系统都不能做到这一点。

定子的励磁线圈有多种配置，如图4所示。最常见的配置是串联绕组，分流绕组和复合绕组（串联和分流的组合）。在串联绕组式电动机中，励磁线圈与电枢线圈（通过电刷）串联; 在分流绕组式电动机中，励磁线圈与电枢线圈并联（“分流”是用于“并联”的另一种表述方式）。

本视频将介绍使用PIC32MM系列32位单片机的高性价比无传感器BLDC电机控制解决方案。

<strong><font color="#FF0000">作者：Bill Schweber 贸泽电子</font> </strong>

自从无刷直流电机诞生，“古老的”有刷电机就开始没落，但它依然是低成本应用的可靠选择。

在有刷电机中，磁极方向的跳转是通过移动固定位置的接触点来完成的，该接触点在电机转子上与电触点相对连接。这种固定触点通常由石墨制成，与铜或其他金属相比，在大电流短路或断路/起动过程中石墨不会熔断或者与旋转触点焊接到一起，并且这个触点通常是弹簧承载的，所以能够获得持续的接触压力。

在20世纪，大中型有刷电机在工业和先进制造领域中发挥着巨大的作用，直流电机的基本理论也被查尔斯•斯坦梅茨（Charles Steinmetz）等杰出人物广泛分析，这包括详细的电路，电动势、磁场方程、性能参数（速度，扭矩，控制和效率）、设计、制造等。几十年来，直流电机理论和与应用的课程几乎是所有工科专业的标准课程，这些课程包含全面的小型和大型电动机实验室课程。

本文描述了围绕基于ARM®的嵌入式电机控制处理器构建的基于模型设计(MBD)平台的详细情况。随后，本文提供最初部署的基本永磁同步电机(PMSM)控制算法示例，并介绍了方便的功能扩展，以包含自动化系统的多轴位置控制。

长期以来，系统和电路建模一直是电机控制系统设计的重要方面。采用MBD方法后，电气、机械和系统级模型用于在构建和测试物理硬件前评估设计概念。MathWorks最新的仿真工具可以对完整的嵌入式控制系统进行建模，包括电气电路和机械系统领域。同时，嵌入式编码工具从控制系统模型生成C语言代码，将控制算法部署在嵌入式控制平台上。

这些工具实现了基于模型的设计过程，人们可以在最终硬件测试前先在仿真平台上进行设计并完全测试。成功构建MBD平台的关键是分隔系统模型和嵌入式软件代码。一旦MBD平台使用已知算法和系统进行测试后，便可开发新算法，并在仿真平台上以系统工作极限安全地测试。

隔离用户及敏感电子部件是电机控制系统的重要考虑事项。安全隔离用于保护用户免受有害电压影响，功能隔离则专门用来保护设备和器件。电机控制系统可能包含各种各样的隔离器件，例如：驱动电路中的隔离式栅极驱动器；检测电路中的隔离式ADC、放大器和传感器；以及通信电路中的隔离式SPI、RS-485、标准数字隔离器。无论是出于安全原因，还是为了优化性能，都要求精心选择这些器件。

虽然隔离是很重要的系统考虑，但它也存在缺点：会提高功耗，跨过隔离栅传输数据会产生延迟，而且会增加系统成本。系统设计师传统上求助于光隔离方案，多年来，它是系统隔离的当然选择。最近十年来，基于磁性(变压器传输)方法的数字隔离器提供了一种可行且在很多时候更优越的替代方案；从系统角度考虑，它还具备系统设计师可能尚未认识到的优点。

本文将讨论这两种隔离解决方案，重点论述磁隔离对延迟时序性能的改善，以及由此给电机控制应用在系统层面带来的好处。

光耦利用光作为主要传输方法，如图1所示。发送侧包括一个LED，高电平信号开启LED，低电平信号关闭LED。接收侧利用光电检测器将接收到的光信号转换回电信号。隔离由LED与光电检测器之间的塑封材料提供，但也可利用额外的隔离层(通常基于聚合物)予以增强。

回忆下面这个场景 —— 您可能在贸易展览或视频上经常看到这一场景：机械手臂从其静止位置有目的地移动，将物体（如球体）抓起至空中，替换物体，然后恢复静止状态。每个动作都很快速、流畅，且由机器完成。

现在您可想象另一个场景。1937 年，在伦敦一家没有灯光的剧院，年轻的 Laurence Olivier（传奇的职业生涯还在等着他）犹犹豫豫、不情愿地（就像被下咒一样）从另一位演员手中接过一个头骨。

“唉，可怜的 Yorick！我认识 Horatio …”

一个场景涉及动作，另一个则涉及手势（图 1）。本文探讨了这两者的差异，及这一差异给电机控制架构带来的巨大变化。

<font color="#FF8000">Analog Devices 应用程序部经理安古斯•莫里</font>

自动化精密制造业推动了当下许多高科技设备的发展与普及。现代手机经历了复杂的金属加工过程和良好的表面处理，生成制造机械部件所需的模具。手机里这些微小却功能强大的电子部件则依赖自动化IC晶片加工和精密导线焊接设备。大型设备通常要求高精度和高光洁度。以现代喷气发动机为例，其依靠平衡和精确匹配的涡轮叶片实现高燃油效率和低噪音的操作。汽车引擎燃油效率的提升则是通过先进的电子控制和复杂形状的精密发动机部件来优化燃烧过程。