伺服电机中的四种控制方法及应用案例

发布时间：2024-11-14 阅读量：1794 来源: 我爱方案网作者: bebop

在现代工业自动化领域中，伺服电机因其高精度、高响应速度以及良好的控制性能而被广泛应用。伺服电机是一种能够根据输入信号精确控制转速和位置的电动机，它通常用于需要精确定位和速度控制的应用场合。本文将探讨伺服电机的主要控制方法及其在不同领域的应用方案。

伺服电机的控制方法

开环控制：在开环控制系统中，电机的运行不受输出反馈的影响。这种方式简单且成本较低，但由于缺乏反馈机制，其控制精度和稳定性较差，因此较少应用于要求较高的场合。
闭环控制：闭环控制是通过传感器（如编码器）检测电机的实际位置或速度，并将这些信息反馈给控制器。控制器根据设定值与实际值之间的差异调整输出，以实现对电机的精确控制。这种控制方式具有较高的精度和稳定性，是伺服电机最常用的控制方法。
PID控制：PID（比例-积分-微分）控制是闭环控制系统中最常见的控制策略之一。它通过比例、积分和微分三个参数来调节系统的响应，从而达到快速准确地跟踪目标值的目的。PID控制可以有效地减少系统误差，提高系统的动态性能。
自适应控制：随着技术的发展，自适应控制等高级控制策略也被引入到伺服电机的控制中。自适应控制能够根据系统的运行状态自动调整控制参数，使系统在不同工况下都能保持良好的性能。

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1.直流伺服电机解决方案

方案可实现AC伺服系统和工业电机等工业设备的高速处理、高精度控制以及功能安全，主控采用瑞萨RZ/T2M，最大频率为800 MHz，双Arm® Cortex®-R52内核。RZ/T2M直流伺服电机解决方案套件可轻松实现电机控制系统的初始评估和高级开发。

方案优势：

• 采用电机位置/速度控制软件，能够对使用RZ/T2M的工业电机设备开发实施初期评价

• 除了板上运行的软件和上位机软件外，我们还可提供原理图，能够缩短客户的开发时间

• RZ/T2M的ΔΣ接口可与瑞萨的ΔΣ调制器集成，实现高精度电流检测

• 提供用于在电机U/V/W相线上检测电流的参考电路，还可提供示例程序

• RZ/T2M搭载支持各种绝对值编码器协议的编码器接口，通过与RS-485 Transmitter/Receiver集成，可兼容各种编码器。

• 配备2ch的RJ-45，后续计划支持以太网连接

3.强磁搅拌器应用方案

方案采用极海APM32F035电机控制专用MCU作为此应用方案的主控，负责采集霍尔信号、电流、电压信号，执行电机控制逻辑，接收控制指令以及反馈电机运行状态。具体来说，APM32F035通过检测霍尔信号、母线电压信号以及电机的相电流信号，输入到MCU内部，同时在MCU内执行电机算法逻辑；随后通过Timer1输出6组互补的PWM信号来驱动电机，保障电机高效、平稳、低噪声运行。值得说明的是APM32F035内部集成4路独立运放模块，在进行电机相电流采样时，不需要外置运放进行信号调制。

方案优势：

采用霍尔FOC矢量控制，显著降低运行噪声

集成多运放、比较器，精简电路，降低干扰

霍尔自学习及角度补偿功能，实现绝对零度控制，显著提升电机运行效率

启动无反转，无级调速，全转速运行稳定并支持超低频率0.83Hz运行

故障指示、正反转自由切换、软硬件调速

输入过欠压保护、软硬件过流保护、缺相保护、堵转保护、霍尔异常检测等保护功能

4.洗衣机变频控制方案

方案以小华HC32F460为主控芯片，单芯片实现洗涤电机与烘干风机的双电机变频控制；采用无感FOC控制算法，运行噪音低，电流谐波小；支持多种采样方式，内置放大器和比较器，节省BOM成本；完善的系统保护功能：过压、欠压、过流、堵转、缺相等；支持异常情况下的紧急停机功能。

方案特点：

1.200MHz 32bit ARM Cortex-M4内核MCU HC32F460

2.支持FPU，大幅度提升算力

3.高效Cache，保证CPU零等待执行性能

4.多功能PWM Timer，支持多个电机控制

5.12位2Msps高精度ADC单元，灵活支持多种采样方式

6.内置PGA、CMP

7.EMB可独立控制每个通道

8.系列丰富，封装从48Pin到100Pin，适应不同设计需求

应用领域：冰箱、空调、洗衣机、变频控制板

5.电动自行车

方案简介：电动自行车电驱控制板方案以HC32M120为主控芯片，同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外围电路构成。主要功能：EBS、能量回馈、HDC、霍尔修复、相序自识别、一线通、三速、GB_25KM、1:1电动助力等。

方案特点：

48MHz主频、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER、温度范围：-40℃~105℃

丰富的基础函数库、SVPWM系统、电机专用控制库模块

FOC控制系统优势（正弦电流、转矩平稳、低噪音）

平地/坡道/溜坡/滑行/带载启动优势（启动转矩大、重载启动高可靠）

客制化控制流程优势（丰富的模块化电机库）

完善的系统保护功能（过流、过压、欠压、堵转、飞车、短路等保护）

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