运动控制驱动器

时间：2025-04-10

　　电动驱动器是一种通过控制设备来调节电动机操作的系统。驱动器的主要任务是管理电能（以及气动和气动）转换为机械能（线性，旋转，振荡或其他类型的运动），并针对特定应用进行了优化。它们由几个组件组成，包括电动机，伺服电动机，步进电动机，逆变器，传感器和控制系统。
　　另一方面，运动控制涉及调节和管理运动以获得准确可靠的行为，因此它们可用于控制电动机的速度，扭矩和位置，从而可以进行广泛的机械应用。驱动器可以以直流电为单位，以获取运动应用，或者在交替的电流中，尤其是在需要大量功率的工业领域（单相或三相）中。
　　如今，从工业自动化到机器人技术，从输送带到机床，从电动汽车中的电动机控制到飞机导航系统，从打印机，硬盘，硬盘等小型消费者设备到风力涡轮机和电动汽车系统的调节。新型驱动器当前配备了集成的电子设备，可在紧凑的空间中化控制和功率。驱动器直接集成到电动机中，因此，简化了机器的架构，并减少了接线和尺寸。
　　驱动器必须根据自己的需求执行两个主要任务：
　　用正确的电流和电压参数充分为电动机或执行器供电
　　准确控制电动机的行为
　　必须针对设备的应用调整所有关键参数，例如名义功率，超载，满载和泛滥电流。除了功率规格外，系统还必须很好地满足反馈机制的要求，并完美地管理了电动机的投入和产出。必须确保正确实施通信协议，以便系统可以在与其他设备或控制网络集成时有效地运行。
　　此外，对工作温度的连续监测是一个关键方面，因为它允许检测任何过热并迅速干预。如有必要，采用主动冷却解决方案（例如通风系统或强迫冷却）可能是合适的，以确保随着时间的推移稳定和延长的操作。同样，根据应用程序和安全要求的特定需求，可能有必要整合动态或机械制动器。这些设备对于确保紧急情况下的直接系统关闭，减少对周围组件或结构的损害的风险以及提高整体系统可靠性特别有用。
　　反馈机制
　　反馈是电动机控制的关键元素，对于确保系统能够准确，可预测地运行至关重要（请参见图1中的相关图）。它允许系统不断监视位置，速度或其他操作变量，并自动调整与设定目标的任何偏差。在一个过程中，系统输出信号的一部分被馈回其输入，以将其与所需的值进行比较。实际值和所需值之间的差异会产生一个信号，该信号用于调整系统的输入并减少差异。
　　驱动器以精度控制电动机的输出和对输入信号的响应。实际上，它们充当“控制器”，该“控制器”不断纠正电动机的动作，以确保其准确执行所需的任务。需要传感器（位置或速度）实时提供有关系统状态的准确信息。控制器分析传感器提供的数据并计算误差信号（即差异）。
　　使用适当的控制算法（例如PID）确定要应用的纠正措施。电动机接收正确的控制信号，并相应起作用以减少错误。反馈发生在闭环中，在该循环中，系统将继续监视和纠正，直到错误化为止。实施反馈循环可以使伺服驱动器对电动机进行实时校正。这样可以确保电动机在所需条件下运行。
　　为微控制器实施伪代码的一个示例，而无需介绍编程语言的技术细节，可能是：
　　初始化与电动机和温度传感器连接有关的引脚
　　连续读取MCU的模拟端口的温度传感器值
　　将电压读数与预定阈值进行比较
　　通过选择适当的PWM信号速度，根据传感器的电压调节电动机的速度
　　重复周期以不断监测温度

　　图1：反馈的理论操作
　　伺服电机和伺服驱动器
　　伺服驱动器及其伺服电动机如图2所示。伺服驱动器是闭环控制系统中的基本电子组件，它会产生旋转伺服电机所需的能量。它包括电子电路，伺服电机和反馈传感器。伺服驱动器会根据系统的需求使电动机加速，减速，停止或向后移动。没有它，电动机将以不受控制的方式旋转。它必须满足工业或民用自动化中运动控制应用的要求，以确保高精度的定位控制。
　　从几十瓦特的小幂中，运行目标可以相当宽。它的特征是惯性速率取决于项目的规格，其运动扭矩和角速度的变化值。他们可以控制各种伺服电机，包括AC，DC，刷，无刷，旋转或线性电动机。反馈设备可以是电位计，霍尔效应传感器，加速度计，转速计或其他合适的传感器。然后，伺服驱动器将能量提供给伺服电机，并比较反馈信号，并根据需要调整电动机的行为。

　　运动控制驱动器

　　图2：带有伺服器的伺服驱动器（来源：Inovance）

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