電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）實現(xiàn)精密的運動控制是機器人、汽車等各種和電機相關的應用里非常重要的環(huán)節(jié)，不斷采集控制數(shù)據(jù)的高度自動化的精密運控設備在現(xiàn)如今的工廠也越來越常見。這些電機系統(tǒng)需要有著精準的實時運動控制，才能保證設備的平穩(wěn)運行以及實現(xiàn)其他多樣的功能。

想要實現(xiàn)精密的運動控制或者實時控制，涉及三個基礎的子系統(tǒng)，感應、處理和驅(qū)動。這三個高性能系統(tǒng)的緊密配合，電機設備才能準確無誤的精準運行，還能大大縮短系統(tǒng)的響應時間。

精密運控的前提——感應

對設備的運動進行控制那就必須對設備的位置和速度有著精確的感應，在控制過程中還要不斷收集其數(shù)據(jù)。在任何對運動控制有高性能要求的系統(tǒng)里，對位置傳感、速度傳感的需求幾乎都是無處不在的，位置和速度感應技術一定程度上決定了運控系統(tǒng)的性能上限，準確、快速和可靠的位置測量是實現(xiàn)實時精準控制的前提。

作為一種廣泛應用的感應元件，編碼器具有不可否認的高精度，同時集成到控制電子裝置里也很方便，是伺服系統(tǒng)感應系統(tǒng)中的重要角色。不論是增量式還是絕對式編碼器，都有不少的應用，二者如何選擇還是取決于應用場合和運動類型。

增量式編碼器在很多高精度的閉環(huán)應用中性價比優(yōu)勢明顯，絕對值編碼器檢測精度和準確性更高，成本也更高?；魻栁恢脗鞲性?a target="_blank">自動化設備運控應用里是很常見的一類選擇，尤其是3D霍爾的應用，檢測出的絕對位置信息相比傳統(tǒng)霍爾精度更高，結果更可靠，任何3D運動絕對位置檢測都可以通過這種感應器件實現(xiàn)。

此外還有各種磁阻傳感、旋變的應用，這些感應手段為精準的運控提供了必要的位置和速度數(shù)據(jù)。雖然目前也有很多無傳感器的精準控制方案，但在絕大多數(shù)對運控有高要求的系統(tǒng)里，優(yōu)秀的感應技術還是對于優(yōu)化算法和提高控制性能有著重要的意義。

直接影響控制性能的處理能力

在精密運動控制系統(tǒng)中執(zhí)行運動控制配置文件和算法需要具有高計算能力的處理器，處理能力會直接影響到整個信號鏈從收集到電流、電壓、位置和速度測量結果到更新控制輸出的時間。處理能力跟不上算法需求，運動精度下降也是自然的。

用于精密運控的主控芯片，大家已經(jīng)很熟悉了，從國內(nèi)品牌到國外品牌，從DSP到MCU到FPGA，可以選擇的產(chǎn)品數(shù)不勝數(shù)。因為運控算法嚴重依賴各種數(shù)學函數(shù)運算，所以高計算能力自然是首先要考量的地方。

更多復雜的控制算法，如多電機同步、參數(shù)辨識、SVC（Senseless Vector Control）、諧波注入等也需要高性能的處理能力作為前提。優(yōu)秀的處理能力帶來的更快的指令響應時間、更優(yōu)異的高頻擾動抑制表現(xiàn)，最終體現(xiàn)在運控效果上就是更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪聲和電機抖動。

當然，控制外設也是非常重要的一環(huán)，通訊接口、ADC、PWM等等匹配的外設也是高性能運動控制系統(tǒng)的助力。

向高集成度發(fā)展的驅(qū)動

驅(qū)動也是老生常談的話題了，驅(qū)動器對電機的調(diào)速控制通常利用PWM，目前基本上驅(qū)動的PWM頻率都能做得很高，附加功能開始成為亮點。對電機驅(qū)動控制專用芯片來說，單顆芯片如果有更高的功能集成度，那么在應用時就能大幅簡化外圍器件與電路，大大提高運控硬件設計的緊湊程度，比如現(xiàn)在的驅(qū)動上會集成電流檢測和電源模塊。

有些廠商還會在驅(qū)動上集成精密自動死區(qū)時間補償技術，通過該技術補償電流失真，極大程度上優(yōu)化電機的聲學性能，又或者是集成不同的梯形控制技術來降低噪聲。有些驅(qū)動還能主動消磁，以此來減少驅(qū)動的功率損耗。

功率器件是另一個可以升級的地方，應用寬帶隙功率器件快速開關速度和低開關損耗優(yōu)勢可以進一步提升環(huán)路控制，在性能和穩(wěn)定性上都會有不少提升。

小結

目前各類自動化設備終端市場都對運控性能提出了更高的需求，不僅需要電機能夠做到高效率和多功能控制，還需要在追求高轉(zhuǎn)速的同時實現(xiàn)低噪音低振動的控制效果。想要實現(xiàn)這種高性能的精密運控，感應、處理和驅(qū)動三個高性能子系統(tǒng)缺一不可。