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使用單一微控器之雙軸伺服驅動器的研製

摘要"

本文旨在利用單一微控器研製雙軸伺服驅動器,藉此達到各軸獨立控制,更可以實現高頻寬雙軸伺服控制。伺服驅動器迴路之頻寬設計係基於馬達參數、與包含電流與位置取樣延遲及各迴路演算法的延遲時間。本文實驗系統係利用時脈為600 MHz的瑞薩RZ/T1微控器作為控制核心,控制對象分別具有絕對型與增量型編碼器的伺服馬達,以實現雙軸雙軸伺服驅動器。於切換頻率為20kHz的情況下,具有絕對型編碼器的伺服驅動器,其電流迴路、速度迴路與位置迴路模擬頻寬分別為3.1kHz、451Hz與111Hz;對於具有增量型編碼器的伺服驅動器,因為增量型編碼器的解析度較低,因此,降低頻寬,其電流迴路、速度迴路與位置迴路實驗頻寬分別為2.1kHz、210Hz與100Hz。

關鍵詞:雙軸伺服驅動器、頻寬、延遲時間

前言

本文旨在利用單一微控器研製雙軸伺服驅動器,藉此達到各軸獨立控制,更可以實現高頻寬雙軸伺服控制。並且在設計控制器時考慮延遲時間,以提高雙軸伺服驅動器頻寬。本文實驗系統係利用時脈為600 MHz的瑞薩 RZ/T1微控器作為控制核心,控制對象分別具有絕對型與增量型編碼器的伺服馬達,以實現雙軸伺服驅動器。
圖1為雙軸伺服驅動器方塊圖,兩顆馬達皆為利用位置控制迴路、速度控制迴路、電流控制迴路串接起來達到伺服控制。雙軸伺服控制係以微控器RZ/T1軟體實現,一顆馬達具有絕對型編碼器,該馬達需要RS-485介面從編碼器獲得位置資料;而另一顆馬達具有增量型編碼器,其利用計數器方式來獲得該馬達位置資訊。

速度控制迴路設計

圖2為速度控制迴路架構圖。其中電流控制迴路內控制可以簡化成轉移函數FWI表示,如圖3所示。其中KPN與TNN分別為比例積分控制器中的控制器增益與時間常數;馬達機械模型視為;TTN為速度控制迴路運算所需時間。而速度濾波器常用於處理低位元數編碼器所造成的雜訊,可被視為時間常數TFN的轉移函數。...更多內容請見《機械新刊》雜誌

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