基于MM32SPIN電機(jī)/電源專用芯片的有刷電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用方案——機(jī)器人舵機(jī)
本文簡單介紹基于MM32SPIN電機(jī)/電源專用芯片有刷驅(qū)動技術(shù)于"舵機(jī)軌跡控制"的應(yīng)用實例。方案特色:
ARM Cortex-M0高性能電機(jī)驅(qū)動專用芯片
內(nèi)建兩組N型Gate Driver
速度命令輸入可為模擬電壓或PWM信號
ADC 采樣位置回授
圖一：常見的7.5V/10W 有刷舵機(jī)
2、有刷舵機(jī)技術(shù)原理
在此介紹有刷舵機(jī)軌跡移動實現(xiàn)方法.
有刷舵機(jī)內(nèi)部分為三大區(qū)塊
控制板
有刷馬達(dá)
位置回授傳感器
圖二：有刷馬達(dá)與控制板
圖三：回授位置傳感器
定義:
LSB : 12 bits ADC 采樣單位
a ：加速度單位： (LSB÷(ms^2))
t ：時間單位：(ms)
SP : 速度單位：(LSB÷ms)
P1：結(jié)束位置單位：LSB
P0 ：起始位置單位：LSB
T1 ：結(jié)束時間單位：ms(毫秒)
T0 ：起始時間單位：ms(毫秒)
V1 ：(P1-P0) ÷(T1-T0) 單位:：(LSB÷ms)
V0 : 初始速度單位： (LSB÷ms)
X ：距離單位:：(LSB)
Th ：(T1-T0)÷2單位：(ms)
V2 : 速度軌跡最高速單位：(LSB÷ms)
有刷速度與軌跡關(guān)系
圖四 ：理想矩形軌跡運動(紅色圈標(biāo)示a = ∞)
V1為等速度
此時忽略紅色加速度運動時間理想上為零
綠色為位置軌跡
根據(jù)等加速度運動公式:
V = V0 +(a*t ) ;(公式一)
x = V0t +((a*t*t)÷2);(公式二)
當(dāng)初速為零則V0 可忽略
我們可以從加速度運動(公式一) (公式二) 得知電機(jī)從初速到等速,需要花費時間與距離
圖五：非理想軌跡運動
需考慮物體本身從靜止→移動→靜止過程需要所謂加速度運動
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) V
三角形速度軌跡運動
如圖6
V2 = (P1-P0)÷(Th-T0);
V2 = 2*V1; 假設(shè):電機(jī)速度可達(dá)到(2*V1)
圖七： 實際軌跡運動時間
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) LSBCH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) V
圖八：電機(jī)實際運轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) V
圖九：電機(jī)實際運轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) V
從圖八與圖九顯示當(dāng)距離越短或是時間越短情況下速度軌跡隨之增高
V(速度) ∝PWM 占空比,當(dāng)速度過高則占空比會呈現(xiàn)Full duty 狀態(tài)(如圖九橘色箭頭所標(biāo)示占空比已接近滿載)
梯形速度軌跡運動
梯形的速度軌跡主要是改善
防止速度過高損壞電機(jī)
電機(jī)本身能驅(qū)動最高速
梯形速度軌跡介于矩形與三角形軌跡運動
圖十：電機(jī)實際運轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) V
圖十一：電機(jī)實際運轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對應(yīng)了(0~4095) V
從圖九與圖十一可以明顯看到梯形速度軌跡比三角形速度軌跡占空比是下降,但斜率上升
三角形速度軌跡
梯形速度軌跡
加速度(a)
小
大
最高速 (V2)
大
小
三角形速度軌跡與梯形速度軌跡該如何選擇,取決于電機(jī)本身特性,及應(yīng)用調(diào)整軌跡設(shè)定
3、硬件設(shè)計
4、結(jié)論
MM32SPIN電機(jī)/電源專用芯片,具有內(nèi)建兩相Gate Driver,相當(dāng)適合有刷電機(jī)應(yīng)用,更大大地簡化了電機(jī)驅(qū)動板的設(shè)計,內(nèi)建除法器更可快速反應(yīng)軌跡控制算法,提高了軟件效率,同時帶來開發(fā)成本降低的好處，如需要了解更多靈動微MCU產(chǎn)品，請聯(lián)系靈動微核心代理商-穎特新科技
編輯：ls 最后修改時間：2022-06-13
