高效的步進(jìn)電機控制算法

在對基于步進(jìn)電機的運動(dòng)控制系統設計進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，工程師必須綜合考慮成本、性能、效率、未預料到的反饋難題（如機械共振）以及開(kāi)發(fā)時(shí)間等因素?，F代的電機控制系統面臨著(zhù)在多種不利環(huán)境中工作的難題，而傳統解決方案的總效率通常受限于整個(gè)系統所遇到的最壞情況。自適應控制算法對于提取出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的機電系統的最大效率而言是必不可少的。

系統映射
如果希望得到最高效率，就必須對整個(gè)機電系統的邊界條件進(jìn)行映射。所有的系統變量都必須考慮到：溫度、機械降解、加速度、速度、電源電壓等等。系統架構也會(huì )對其產(chǎn)生影響。

在開(kāi)環(huán)系統中，通常需要以最壞情況下的電流驅動(dòng)和速度曲線(xiàn)來(lái)激勵電機，所以我們可以認為效率并不是這類(lèi)系統的首要設計目標。這種類(lèi)型的測試非常耗費時(shí)間，因為必須在電機可能使用的所有電源電壓、溫度和速度值下對系統進(jìn)行驗證，以盡量減小出現共振的風(fēng)險。每個(gè)步進(jìn)電機系統都存在發(fā)生共振的可能，這通常是因為工作在（或接近于）電機的自然頻率而造成的。避開(kāi)這些區域是至關(guān)重要的，因為共振可能會(huì )造成電機丟步或進(jìn)入失速狀態(tài)。不過(guò)，對于開(kāi)環(huán)系統而言，確定這些區域可能是非常困難的。

閉環(huán)控制通常采用以下兩種形式：基于傳感器的系統（光或是霍爾效應）和無(wú)傳感器的系統。無(wú)傳感器的系統也稱(chēng)為“半閉環(huán)系統”，通常使用由電機線(xiàn)圈所產(chǎn)生的電壓來(lái)作為反饋?；趥鞲衅鞯目刂葡到y使用得很廣泛，但是在映射實(shí)踐中必須考慮傳感器的其他變化。無(wú)傳感器的系統的一項主要優(yōu)勢在于，它只需要讀取與電機的物理運動(dòng)有關(guān)的信息。它的另一項重要的優(yōu)勢是降低了閉環(huán)或半閉環(huán)系統的系統成本，同時(shí)，由于不需要外部傳感器，也降低了系統的復雜度。成功的設計需要理解反電動(dòng)勢的特性。

SLA映射
反電動(dòng)勢可以方便地提取出與機電系統的運動(dòng)有關(guān)的詳細信息，并提供診斷數據。在電機的驅動(dòng)電流脈沖之間，電機線(xiàn)圈運動(dòng)經(jīng)過(guò)電機磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生電壓。這一信息通常被稱(chēng)為電機的速度和/或負荷角（SLA）?？梢酝ㄟ^(guò)監視反電動(dòng)勢的幅度來(lái)很好地近似步進(jìn)電機的角速度。

圖1給出了使用AMIS-30522細分步進(jìn)電機控制器驅動(dòng)安裝在機械系統中的傳統步進(jìn)電機時(shí)SLA引腳的映射。這一信息是在對NXT輸入（確定電機激勵速度的時(shí)鐘輸入）進(jìn)行掃頻的過(guò)程中收集的。隨著(zhù)它從左向右移動(dòng)，激勵的頻率升高，可以清晰地看到不同的工作區域。測量整個(gè)系統的電機特性的能力是AMIS-305xx系列所具有的一種非常強大的特性——特別是它能夠處理傳統的設計難題，而在此之前，系統設計人員只分析電機的共振性能，而沒(méi)有認識到一旦整個(gè)機械裝置放在一起之后這些區域可能會(huì )發(fā)生變化。