基于MM32SPIN電機(jī)/電源專用芯片的有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方案——機(jī)器人舵機(jī)
本文簡(jiǎn)單介紹基于MM32SPIN電機(jī)/電源專用芯片有刷驅(qū)動(dòng)技術(shù)于"舵機(jī)軌跡控制"的應(yīng)用實(shí)例。方案特色:
ARM Cortex-M0高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)
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(dòng)實(shí)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(shí)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(shí)間單位：ms(毫秒)
T0 ：起始時(shí)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(yùn)動(dòng)(紅色圈標(biāo)示a = ∞)
V1為等速度
此時(shí)忽略紅色加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)間理想上為零
綠色為位置軌跡
根據(jù)等加速度運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)(公式一) (公式二) 得知電機(jī)從初速到等速,需要花費(fèi)時(shí)間與距離
圖五：非理想軌跡運(yùn)動(dòng)
需考慮物體本身從靜止→移動(dòng)→靜止過程需要所謂加速度運(yùn)動(dòng)
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) V
三角形速度軌跡運(yùn)動(dòng)
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(shí)際軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)間
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) LSBCH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) V
圖八：電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對(duì)應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) V
圖九：電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對(duì)應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) V
從圖八與圖九顯示當(dāng)距離越短或是時(shí)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(huì)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(yùn)動(dòng)
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(dòng)最高速
梯形速度軌跡介于矩形與三角形軌跡運(yùn)動(dòng)
圖十：電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對(duì)應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) V
圖十一：電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對(duì)應(yīng)了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對(duì)應(yīng)了(0~4095) LSB
CH3 藍(lán)色:速度軌跡(0~5) Voltage對(duì)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(jì)
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(jiǎn)化了電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì),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(shí)帶來(lái)開發(fā)成本降低的好處，如需要了解更多靈動(dòng)微MCU產(chǎn)品，請(qǐng)聯(lián)系靈動(dòng)微核心代理商-穎特新科技
編輯：ls 最后修改時(shí)間：2022-06-13
