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為什么服務、搬運機器人的電機運動控制選擇FOC
發布時間:2019-12-24     瀏覽次數:175

隨著智能AI技術的不斷發展,機器人行業的速度和靈活性得到明顯提高,成本也在一定程度上下降,因此服務/重載機器人的使用會越來越廣泛。由于現代工業生產的信息化、自動化程度越來越高,傳統的電機控制系統已不能滿足用戶對電機控制精度的要求。想要保證一個電機控制系統的穩定性和準確性,精密的算法必不可少。

深圳中菱科技(www.zlingkj.com)輪轂伺服電機采用永磁同步電機,永磁同步電機最常用的控制方式有3種:PWM控制(方波控制)、SPWM控制(正弦電壓控制)、FOC控制,這3種控制方式電機相電流波形如下:

 

1.PWM控制

電流波動大、控制精度差,噪聲大,算法簡單,適用于成本敏感、性能要求低的場合。在變負載、動態響應快的機器人中效果不好。

2.SPWM控制

電壓正弦、控制精度差,噪聲小,算法略復雜、適用于成本敏感、對噪聲要求不高的場合。同樣在變負載、動態響應快的機器人中效果也不好。

3.FOC控制

FOC控制即磁場定向控制,也稱矢量變頻。FOC控制精度比方波控制和電壓正弦控制高20倍以上,同時它的噪聲最小,控制多樣化,算法復雜,適用于性能要求高的場合,尤其適合應用在服務機器人和載重機器人中。FOC精確地控制磁場大小與方向,使得電機轉矩平穩、效率高,并且具有高速的動態響應,具有節能、安靜、無級調速(FOC能夠對電機電流的大小進行精確的控制,因此電機轉速一般可實現5%~100%無級可調)、動態響應快、壽命長、?;せ平∪?、控制多樣化等特點。由于FOC的優勢明顯,目前已在很多應用上逐步替代傳統的控制方式,在運動控制行業中備受矚目。

為了得到電機轉子的位置、電機轉速、電流大小等信息作為反饋,首先需要采集電機相電流,對其進行一系列的數學變換和估算算法后得到解耦了的易用控制的反饋量。然后,根據反饋量與目標值的誤差進行動態調節,最終輸出3相正弦波驅動電機轉動。FOC典型控制圖如下。

 

 

 

在一些高端應用中,如機床設備、低噪聲風機以及常見的新能源汽車、醫療機器人、服務機器人、搬運機器人等等,平穩的轉矩輸出是至關重要的。它需要對負載做出快速的響應,電機的瞬時效率高,轉矩平穩,且能實現位置控制,這些都離不開FOC矢量控制。因此務機器人和載重機器人行走驅動控制系統中,FOC成為無刷電機最合適的控制技術。

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