感应、处理与驱动配合实现精密运控

电子发烧友网报道（文/李宁远）实现精密的运动控制是机器人、汽车等各种和电机相关的应用里非常重要的环节，不断采集控制数据的高度自动化的精密运控设备在现如今的工厂也越来越常见。这些电机系统需要有着精准的实时运动控制，才能保证设备的平稳运行以及实现其他多样的功能。

想要实现精密的运动控制或者实时控制，涉及三个基础的子系统，感应、处理和驱动。这三个高性能系统的紧密配合，电机设备才能准确无误的精准运行，还能大大缩短系统的响应时间。

精密运控的前提——感应

对设备的运动进行控制那就必须对设备的位置和速度有着精确的感应，在控制过程中还要不断收集其数据。在任何对运动控制有高性能要求的系统里，对位置传感、速度传感的需求几乎都是无处不在的，位置和速度感应技术一定程度上决定了运控系统的性能上限，准确、快速和可靠的位置测量是实现实时精准控制的前提。

作为一种广泛应用的感应元件，编码器具有不可否认的高精度，同时集成到控制电子装置里也很方便，是伺服系统感应系统中的重要角色。不论是增量式还是绝对式编码器，都有不少的应用，二者如何选择还是取决于应用场合和运动类型。

增量式编码器在很多高精度的闭环应用中性价比优势明显，绝对值编码器检测精度和准确性更高，成本也更高。霍尔位置传感在自动化设备运控应用里是很常见的一类选择，尤其是3D霍尔的应用，检测出的绝对位置信息相比传统霍尔精度更高，结果更可靠，任何3D运动绝对位置检测都可以通过这种感应器件实现。

此外还有各种磁阻传感、旋变的应用，这些感应手段为精准的运控提供了必要的位置和速度数据。虽然目前也有很多无传感器的精准控制方案，但在绝大多数对运控有高要求的系统里，优秀的感应技术还是对于优化算法和提高控制性能有着重要的意义。

直接影响控制性能的处理能力

在精密运动控制系统中执行运动控制配置文件和算法需要具有高计算能力的处理器，处理能力会直接影响到整个信号链从收集到电流、电压、位置和速度测量结果到更新控制输出的时间。处理能力跟不上算法需求，运动精度下降也是自然的。

用于精密运控的主控芯片，大家已经很熟悉了，从国内品牌到国外品牌，从DSP到MCU到FPGA，可以选择的产品数不胜数。因为运控算法严重依赖各种数学函数运算，所以高计算能力自然是首先要考量的地方。

更多复杂的控制算法，如多电机同步、参数辨识、SVC（Senseless Vector Control）、谐波注入等也需要高性能的处理能力作为前提。优秀的处理能力带来的更快的指令响应时间、更优异的高频扰动抑制表现，最终体现在运控效果上就是更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪声和电机抖动。

当然，控制外设也是非常重要的一环，通讯接口、ADC、PWM等等匹配的外设也是高性能运动控制系统的助力。

向高集成度发展的驱动

驱动也是老生常谈的话题了，驱动器对电机的调速控制通常利用PWM，目前基本上驱动的PWM频率都能做得很高，附加功能开始成为亮点。对电机驱动控制专用芯片来说，单颗芯片如果有更高的功能集成度，那么在应用时就能大幅简化外围器件与电路，大大提高运控硬件设计的紧凑程度，比如现在的驱动上会集成电流检测和电源模块。

有些厂商还会在驱动上集成精密自动死区时间补偿技术，通过该技术补偿电流失真，极大程度上优化电机的声学性能，又或者是集成不同的梯形控制技术来降低噪声。有些驱动还能主动消磁，以此来减少驱动的功率损耗。

功率器件是另一个可以升级的地方，应用宽带隙功率器件快速开关速度和低开关损耗优势可以进一步提升环路控制，在性能和稳定性上都会有不少提升。

小结

目前各类自动化设备终端市场都对运控性能提出了更高的需求，不仅需要电机能够做到高效率和多功能控制，还需要在追求高转速的同时实现低噪音低振动的控制效果。想要实现这种高性能的精密运控，感应、处理和驱动三个高性能子系统缺一不可。