🎛️ ❎ 👨🏾‍⚖️ 在伺服驱动器中保持位置：从属控制与步进模式 🛶 👨🏽‍🤝‍👨🏼 🤷

在前面有关电动机的矢量控制的文章发表之后，有关位置驱动的许多问题出现了-如何用驱动器确定给定位置？伺服驱动器在现代机器中如何工作，如何使用位置传感器的信号，步进驱动器与带有从属调节的伺服驱动器有何不同？让我们以图片和视频的形式展示一切。

那么什么是带位置环的伺服器？首先，请看一下。要查看背景上的图形，建议您以全屏模式观看。

三回路控制结构

控制系统试图保持转子轴的给定位置。我产生了令人不安的效果，将转子从设定位置移开，但是松开轴后，转子又立即返回到任务。即使您将其“扭转”几圈，控制系统也将以良好的动态性将这几圈松开，从而使运动甚至没有时间进入视频帧。在后台，可以看到驱动器的运行时间表：电动机的电流以红色显示（与力矩成比例），转子轴的当前位置以绿色显示，位置设置为黄色。在此实验中，电动机的最大允许力矩（电流）被限制为最大值的三倍，完全我将无法如此轻松地保持它。

这样的控制系统如何工作？这是一个经典的三环从控制系统，具有顺序校正功能，如图1所示。

图1.下级调节的三回路系统

为什么要下级？因为每个封闭电路都“从属”更高的任务。系统中有三个电路，我从内部开始列出：电流（扭矩）电路，速度（速度）电路，位置环。因此，具有自己的调节器的每个电路都将其值保持在给定的水平。在这种情况下，使用电流的PI控制器，速度的P控制器和位置的PID控制器。没有像模糊逻辑，线性二次控制之类的魔术。

为什么正好是三个电路，正好是这样？我会像往常一样解释“在手指上”。如果要调整位置，那么我们可以控制的最好是速度（速度），因为速度直接影响位置的变化（速度是位置的导数），以及所有其他量（电流，电压和其他）以更复杂的方式，更难以调节的方式影响局势。此外，如果现在要调节速度，那么我们可以控制的最好是电动机力矩，因为该力矩决定了驱动器的加速度，并且它也与速度相关联，并且具有最简单的数学定律。由于对于电动机而言，力矩是电流（对于直流电动机而言，这显然是正确的，对于交流电动机来说，矢量控制中的转矩产生电流是有效的），然后控制力矩必须控制转换器逆变器上的电压，因为电流和电压也通过一个简单的微分方程与一阶近似值相连。

如果省略任何内部电路，则...位置将受到调节，但调节不佳，速度与三回路系统的速度不同。例如，如果扔掉电流电路，迫使速度控制器直接影响变频器的电压，则驱动力矩（电流）将保持不受控制的状态-它会随心所欲地变化，瞬变会给人以机会。不幸的是，一些难题使结构如图2所示。

图2。您无需调整驱动器位置的方式。

这样的结构虽然令人作呕，但却令人作呕（缓慢而摇摆），PI控制器会将所有内容拉出。

直流电和交流电：位置环有什么区别？

直流电动机和交流电动机的位置控制有什么区别？以保持瞬间的方式。在直流电动机中，只需放置一个电流调节器即可，它会影响电枢绕组的电压-您将获得转矩控制。在交流电动机（例如，永磁同步电机和异步电动机）中，将必须应用矢量控制。手指上的矢量控制和手指上的异步电动机的矢量控制已经详细讨论了它的功能和工作方式。。与直流电动机一样，矢量控制允许您调整电动机上的转矩。此外，从上方“悬挂”了相同的速度和位置控制器。位置环的最终可操作性不取决于发动机的类型（只有细微差别会改变）。

步进模式

对于带有永磁体的同步电机，还有另一种解决情况的方法-所谓的“步进”操作模式。为此进行了优化的电机分别称为步进电机。并不是所有的步进电机都是带有磁铁的同步电机，但大多数只是这样（仍然有步进式电感器式步进）。如何运作？电动机仅向所需的相提供直流电。就是这样。转子在“磁性弹簧”自身的影响下上升到与电流相对应的位置。如果需要更改轴的位置，则必须旋转电流矢量-它的平滑或离散取决于步进电机的“驱动器”（带或不带微步）。关于同步电动机的工作原理以及其中的磁性弹簧，已经在本文中进行了描述。

步进模式非常好，因为除了电流环路外，它不需要任何东西-位置传感器甚至微控制器都不需要。此模式的控制系统由三个半微电路组成，并用于业余（并非如此）水平的所有CNC机器中。缺点是什么？该职位也令人作呕。在这种模式下将位置保持在发动机本身上-向定子提供恒定电流，而转子趋于站立在相应位置。可以想象在一个轴上有两个矩形磁铁穿过它们的中间（图3）。我们控制一个磁体（定子电流），第二个磁体（转子）自身悬挂，并趋向于按照与之平行的第一个方向旋转。

图 3.同步电机

的步进运行模式在此模式下，转子上的力矩根据两个磁体之间不匹配角的正弦定律变化。在协调位置，力矩为零（负载不作用在转子上），在90度（磁体垂直）下，电动机力矩最大，并且倾向于使转子旋转到协调位置。力矩变化的正弦幅度取决于所提供电流的大小。

极数

为了提高在步进模式下保持位置的精度，在结构上增加了电动机上的极对数。如果有一对磁极，则电动机对应于图2中的这两个磁体。3-转子可以从给定位置来回旋转最多四分之一转。当极对的数量增加时，无论是在转子磁体中还是在定子绕组中，南北交替的数量都会增加。这是一张带有一对极和两个极的电动机的图片：

图4。一对杆与两对杆。

如果您尝试使用两对带有同相提供的直流电的两极来起动发动机，则转子上的力矩将增加到最大值，而不是四分之一转（90度，如一对磁极），而是八分之一转（45机械度）。在机械旋转时，发动机将具有两个稳定的转子位置。为了方便描述发动机中的过程，引入了“电旋转”的概念-转子需要旋转多少，以便一个极的转子磁体从另一个极落入相同的位置，即迈出“一步”。然后他们说转子已经旋转了360度，为了将其转换为机械角度，必须除以极对数。在电动旋转中，所有电动机在控制方面的行为都是相同的，而与极对数无关。极对数的增加只会产生一种“电动齿轮”-您可以将一辆带有一对极的汽车挂上四步减速齿轮，或者将一辆带有四对极的汽车挂上，大致来说是一样的。

vs :

对于步进电机，极对数非常多-50、100或更多。在这种情况下，保持位置的自然能力非常好-如果您保证负载力矩不会超过最大发动机扭矩，那么不带任何位置传感器的位置将以机械度的精度（±360 /（极对数* 4））保持。诚然，这样做的代价是发动机在重量，尺寸和效率方面的性能大大下降。如果将步进电动机的功率与一百对极进行比较，而同尺寸的同步电动机的功率与少数对极进行比较，则Shagovik的长期允许功率将减少几倍。而且由于极对数的增加，Shagovik族人在高速工作时也遇到了问题。它们中电流的频率必须是“常规”同步电机中的两倍，提供的偶数极数要大得多，后者给出的电流频率约为千赫兹或更多-铁的磁化反转会产生巨大的损失，并不是每个控制系统都能做到。

此外，shagoviki无法提供良好的加速和制动动力，因为在加速期间，发动机必须克服两点：负载力矩以及加速飞轮质量和工作体的动态力矩。而且，如果所有力矩之和超过最大发动机扭矩，他将跳过一个步骤，这对于CNC来说是不可接受的。因此，步进蜗杆必须平稳地加速和制动，并在轴上的总力矩和最大发动机扭矩之间留有较大的余量，以免跳步。
还要注意的是，在逐步模式下，当负载施加到转子上时，无论提供给电动机的电流如何，负载都会始终屈服并偏离设定位置一定角度。同样，在负载急剧下降的情况下，可能会出现波动-磁性弹簧上的转子会来回摆动。如果负载不是很幸运，并且是脉动的，则它可以与转子的内部频率一致，旋转它，然后转子将失去同步性-发动机将“跳过一步”。

如果要解决问题，您需要保持良好位置并获得动态高速驱动器，该怎么办？不要使用阶梯商店！并使用带有极对数的“常规”同步电机作为伺服电机，安装位置传感器并构建三环控制系统。矢量控制系统中没有“步骤”-没有损失。在步进模式下，始终需要大电流通过电动机，而在具有三环控制结构的矢量模式下，只有当负载施加到轴上时电流才会流过。在从属调节系统中保持位置的精度通常由转子位置传感器的精度决定。传感器越精确，位置环的工作就越好。而且，现代位置传感器非常精确-每旋转一圈就会产生数十万个标签。这比使步进电机具有最强的破碎步长要好几个数量级。

步进模式与从属法规：实践

现在让我们在实践中看看以上所有内容。有必要描述我的工作立场。很多技术信息，我将其隐藏在扰流板下。

试验台

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. 5. VectorCARD 192101

– Leadshine ACM601V36-1000. 100, 4 , 36, 4, 11. – 1000 (, , 4000 () A B ).
– DRV8301-HC-EVM Texas Instruments.
– VectorCARD 192101 192101 «» (ARM Cortex-M4F, 100).
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步进模式与从属控制：静态模式下的比较

首先，我们将逐步操作模式和带有“静态”矢量控制的从属调节三环系统进行比较。我们设置相同的转子位置，然后逐渐增加轴上的负载力矩。在逐步操作模式下，我们提供4A的额定电流，而在矢量操作模式下，我们将电流限制设置为4A。我们期望看到什么？

在逐步运行模式下，电流在相位和振幅上都将保持恒定，并且转子的位置应在负载下“弯曲”在磁性弹簧上。由于极对数为4，因此最大扭矩应与原始议定位置相差360/4/4 = 22.5机械度。

三回路控制系统会发生什么？本实验中的位置控制器为PID（比例-积分-差分）。此处的关键字母是“ AND”-它具有不可或缺的组成部分。这意味着只要给定位置与当前位置之间至少存在一些不匹配，调节器积分器将积分并增加其输出，直到误差变为零为止。这意味着如果缓慢加载轴，以便积分器有时间积分并补偿误差（即，在静态模式下），则轴将处于相同的“死角”位置。但是，当驱动器的电流（转矩）裕量用尽时（当前参考值达到4A的极限），驱动器将立即屈服并偏离参考值（但是，它将始终以最大扭矩向参考值拉动）。

要跟踪转子轴的当前位置，可以方便地观察来自位置传感器的误差信号（参考位置和当前位置之间的差）以及定子电流。在实验过程中，带有这些数据的波形图将在后台可见。为了观察实验中的当前负载力矩，使用了一个高精度的专用测功机，该测功机是我从厨房桌子的抽屉中取出的。实际上，这里是体验本身（使某些东西可见-全屏显示！）：

视频证实了所说的话。在矢量三环控制系统中，转子静止不动，直到我“选择”了可用的4A电流，然后转子开始偏离。在具有直流电的直流开路结构中，转子容易屈服于外部力矩。由于该电动机的极对数为4，因此转子与参考点的偏差超过20度。

vs :

一切都变得更加有趣。如果施加脉冲冲击载荷该怎么办？这导致了两个根本不同的系统之间的竞争。在矢量控制系统中，速度直接取决于三环控制结构的速度。调节器的调节越严格，结构计算的频率就越快，传感器越精确且越快，则对动力学干扰的响应就越好。在逐步操作模式下，控制系统“停止”。她创建了当前矢量-这就是她所需要的。对干扰的整个反应由发动机本身提供。转子轴偏转时，轴上的力矩“瞬间”发生，因为实际上这是两个磁体的相互作用。但是力矩与电偏转角的正弦成正比，这意味着这种系统将具有一定的刚度。通常，这是常见的“磁性弹簧”。对于三回路控制系统，动力学比较是非常好的演示经验。如果速度较慢，则将无法显示比开放结构更好的结果。是的，在静态中，三环结构可以通过将调节器的积分部分置零来选择一个误差，但是在动态中，它也可以比通常的逐步操作模式“下垂”更多。看看吗？

为了进行此实验，我使用了一个测得的负载，该负载是在我的橱柜中用工具找到的，还有一个系在杆上的螺纹，该杆在发动机联轴器上悬臂安装。通过将负载从固定高度下降，我们获得了转子轴上的冲击脉冲负载。您可以观察到冲击时转子轴偏离工作量的多少。这是实验的视频：

最初，具有固定电流矢量的步进操作模式被打开。我展示了转子如何在负载力矩的影响下弯曲，如何在克服负载力矩后跳到另一个固定位置。然后，我进行了一项实验以倾销货物。三环控制结构也相同。您是否注意到三环控制系统中的视频中转子轴偏离了多少？也许更多？我不知道

如果发现频道拍摄了类似的视频，那么他们肯定会安装一个高速摄像头来拍摄漂亮的对比照片。但是，我们有一个更精确的工具-转子位置传感器和微控制器。您只需要消除波形误差即可计算出施加脉冲负载时的位置。本文中详细介绍了如何完成此操作。电驱动器中单片机软件的调试方法。简而言之，微控制器将特定事件的波形点记录在阵列中，然后将波形下载到计算机并显示。在控制器软件中，当位置误差大于某个设置时，我设置了触发波形的触发，为此输入了几行C代码。然后在计算机上，我得到了这样的波形图，显示了电流为5A的步进操作模式：

. 7. «» – . ( 4), , – . 21 .

我向示波器添加了三个控制系统变量：位置误差，定子电流，轴速度。波形图表明，定子电流保持恒定并等于5A，冲击负载仅对其引入了很小的干扰（由于旋转电机的EMF）。但是情况猛增。轴位置与参考点的最大偏差为36电角度（或9机械角度）。冲击后转子有阻尼振荡模式。我进行了几次这样的实验，以确保可重复性。事实证明，所有的示波器图都是相似的-如果您拥有必要的工具，那么进行实验并获得示波器图的时间（如本文中所述）的时间为5到10秒是很好的。

现在，让我们看看三回路控制结构将显示什么（图8）。以前，我将所有调节器设置为中速。

图 8.具有从属调节的三回路系统对脉冲负载浪涌的反应的示波器图。紫罗兰色表示转子相对于设定位置的偏差，以电角度表示（除以4转换为机械值），蓝色表示沿q轴的当前定子电流（形成力矩的电流），蓝色表示其任务，红色表示当前的旋转频率。在一个单元格中，时间轴为21毫秒。

这里的过程更有趣。除了这种情况，实际上，我还向示波器添加了各种数量的数据，这些数据显示了从属调节的工作。最初，它仍然为零：误差为零，速度，定子电流及其任务。没有力作用在转子上；它由于摩擦力而静止。但是此时的胶带已经无情地飞下来，绳索正在展开...在某个时刻，选择了线的长度，负载击中了轴，位置开始变化，误差（来自位置控制器的反馈）随着轴的速度急剧上升。响应于此，三回路系统大大增加了驱动器上的力矩，试图将其恢复到原始位置。撞击后五毫秒，电机上的力矩达到允许的最大值（电流5A），此后，位置开始勉强开始朝相反方向变化，速度改变了符号。飞行过零点并产生了几次振荡后，系统开始工作。

可以看出，定子电流（蓝色）的任务如何稍稍领先于电流值（蓝色），但是延迟小于一毫秒，这表明电流环路的速度很高。但是，在当前任务中，特别是在过渡过程结束时，会出现一些“蓬松”和“针”。它是什么，从哪里来？让我们看看位置控制器在此过程中给出了什么-其比例，积分和微分分量的输出。我再次放下磁带，它们在这里：

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了解PID控制器的所有三个部分如何计算瞬态。波形就像是一本教科书上的波形，但这是实时的，真实的，新鲜的，仅来自引擎。比例部分的输出与误差成正比。积分部分是误差积分，请参见误差积分如何从最初的大波动“向下”积分，然后无奈地归零。微分部分是误差的导数。但是由于位置传感器是增量式的并且只有1000个标记，因此每个标记的更改都是事件。因此，控制系统的位置离散，不规则地变化，这意味着这种变化的导数将是“针状”的。甚至是冲动的，矩形的，嘈杂的-我们看到了。

但是等等...位置的导数是相同的速度！向上滚动至无花果。将图8的速度曲线与图9的差分部分的曲线进行比较。一样的东西，但是没有噪音！因为增量编码器处理模块的转速可以更准确地确定-微控制器的硬件，它跟踪传感器标记之间的时间。相同的位置“导数”，但测量更正确。

道德是什么？并非所有控制器组件都同样有用。理论上，位置控制器的微分组件将由下游速度环完成。因为我需要它来更好地进行调整，所以这仅意味着我尚未调整中间速度环。

哦是的我们从哪里开始？有位置错误。在开环操作模式下，误差为36电度（9机械），在具有此调节器设置的从属调节的三环系统中，误差为21电度（5.2机械）。更好，是的。更好吗？让我们获取另一个位置控制器系数。我增加了一切-Kp，Ki，Kd乘以一半。我们看：

图10.具有从属调节的三回路系统对脉冲负载电涌的反应波形图。位置控制器的系数增加一倍半。

错误减少了，是的... 18电度。但是我们看到了什么？控制系统几乎立即遇到电流限制。她想施加大于5A的电流，但我将极限设置为5。为什么？坦白地说，与电流为5A的开放式控制系统进行比较。但是结果却是不诚实的：矢量控制系统仅在需要时（需要实现力矩）才创建电流，而开放式系统始终会驱动设置的电流。从发热量和损失的角度来看，矢量控制系统对于发动机来说更为可取。

让矢量系统“放弃”电流吗？至少短时间内。根据护照，引擎允许11A。解决7A以评估结果。

图 11.具有从属调节的三回路系统对脉冲负载浪涌的反应的波形图。电流限制从5A增加到7A。

误差仅为15电度！这比开环控制系统少2.5倍。但是，看，时间表的末尾有什么？在当前任务中的“针”……它们持续不断，我听得到-发动机“响”。这称为自激振荡-它将调节器系数拉得太大。

闭路及其噪音

因此，我们遇到了任何控制系统的特定质量问题，有时这与保持可调参数本身（噪声）的准确性同样重要。允许发动机在闭环控制系统中“发出噪音”吗？这取决于它产生多少噪声以及产生什么噪声。我准备了一个视频，该视频显示了从属监管系统各个轮廓中可能产生的各种噪声。为此，我将麦克风固定在与引擎直接接触的地方-距离引擎一定距离，几乎听不到声音。尽管取决于引擎，但不同的引擎“听起来”却有所不同。

在视频的开头，显示了来自电流环路的噪声。仅打开了带有两个电流调节器的电流环路。发动机中出现噪音，我的同事将其与水流经管道的噪音进行了比较。看起来像“白”的声音。由于相电流测量的噪声而产生该噪声。由于比例分量相对较大（所需速度必需），因此电流调节器会捕获电流测量中的所有细微波动并将其放大，从而将逆变器电压传递给任务。即最初，电动机中的电流是平滑的，不会产生噪声，但是其测量结果却很嘈杂，电流调节器会尝试对其进行补偿，“拉”逆变器电压，从而使电动机中的实际电流实际上“产生噪声”。在波形上，您可以看到如下所示：

图12.电流调节器任务（1A）中的跃变瞬变及其随后的“噪声”的波形图。显示了电流调节器的反馈（来自ADC的信号）以及反馈到逆变器的调节器的输出。沿时间轴的一个单元中为4.2ms。

波形图不仅显示噪声，还显示电流调节器在打开时的瞬态过程。在不到1ms的时间内即可计算出电流，瞬态接近于调整到技术最佳水平。电流测量中的+ -0.02A数量级的噪声会导致输出电压变化为电流的20％，这被视为噪声。如果将调节器的速度放慢10倍，则可以看到以下图片：

图13.相对于技术最佳设置，低估了10 Kp和Ki的电流调节器任务（1A）中跃变的瞬态过程的波形图。沿时间轴的一个单元中为4.2ms。

当前的调节器变得柔软而安静，就像棉线一样，它们对响应模拟通道中的某些噪声绝对不感兴趣-就像在自己的任务上一样...

接下来，视频显示了位置控制器发出的各种声音。那里有很多实验，我将展示最后一种情况-Kp位置控制器过高的自激振荡。由于位置传感器是增量式的，并且具有较大的KP，因此位置变化仅一个标记会使“疯狂的”控制器非常紧张，从而将任务扔到速度环上，并相应地扔到电流上。像这样：

图14. Kp过高时位置轮廓的自激。紫色和红色表示形成力矩的定子电流（参考值和实际值），蓝色-来自编码器的位置，以标记（增量）为单位，蓝色-位置控制器的输出（以速度环为参考）。

可以看出，当仅改变一个标记（位置传感器的一个“刻度”）来改变位置时，控制系统将电流参考值扔掉0.3A。考虑到发动机额定值为5A，这是很重要的一点，这会导致运动开始并因此导致波动。该视频显示了“吓人”的自振荡声音，尽管该位置来回跳了一个无害标记。

在这方面，出现了一个哲学问题：哪些振动和噪声是可怕的，哪些振动和噪声是不值得关注的？这完全取决于对象-使用伺服器。如果这是带有齿轮箱和齿隙的三坐标机器，用于焊接的机械臂或某些转向装置的高速伺服驱动器，那么那里的“振铃”就不是那么糟糕。在此类应用中，只是声音会引起不满意，但视频中显示的任何内容几乎都不会影响技术过程。但是，如果它是直接在硅工厂中放置任何基板的驱动器，或者是显微镜的直接驱动器，那么这个词根本就不会产生任何噪音。不仅是编码器发出的位置环路的吱吱作响，甚至电流环路发出的几乎听不到的噪声也已经成为问题。因为所有这些都传递给工作机构，并且会导致违反工艺技术。

是的，我必须说视频中显示的所有声音不仅仅是声音。如果抓住轴，它们都会感觉很好。人的手指非常敏感-比许多传感器要好得多。甚至会感觉到来自电流调节器的“流水”噪音。就像从水管出来一样。因此，对于与人互动的伺服任务，噪声和振动也是不希望的。想象一下一个带有倾斜座舱的飞机模拟器，它下面的驱动器嘎吱作响。

如何处理噪音？好吧，位置轮廓或多或少清晰-您需要放置一个更准确的传感器。这些具有1000个标签的实验的编码器是高精度伺服领域中的“笑鸡”传感器。如果他们放一个编码器，那么大约十万马克。而且他们通常会放置一个模拟位置传感器，该传感器会给出正弦/余弦信号。使用良好的ADC和过采样（比必要的时候进行更多的测量，然后对结果求平均），您可以获得比编码器高一个数量级的精度。

如何处理电流环路中的ADC噪声？首先，寻找噪声源。在该驱动器中，发现了一个噪声源-这是DC / DC，使仪器从输入电源获得5V电压并安装在逆变器板上。电路板的布线并不完全成功，并且DC / DC“连接”到了电路板的所有走线。微控制器本身的ADC的噪声要比该DC / DC的噪声小得多。其次，如果ADC的性能允许，则可以使用相同的过采样。第三，您需要选择正确的测量范围。我使用了60A转换器的5A电动机。因此，用于测量电流的ADC的整个范围也接近60A。如果量程为20A，则转换为安培后模拟通道上的相同噪声将降低三倍。

但是，来自ADC的噪声并非全部。我没有在视频中显示无法听见的主要噪声之一-来自PWM的噪声。在这些实验中，PWM的频率设置为等于20 kHz-在听觉的边界。但这并不意味着这些振动不会传递到转子轴上。有必要测量由给定的PWM频率引起的电动机中电流的纹波，此刻进行重新计算，然后就已经可以评估它是否会“传递”到轴上。图15显示了由外部传感器和示波器测量的电机相位中的纹波电流。

图15. PWM频率为20 kHz时电机相位中的电流纹波。纹波的大小为0.3A。

0.3A时的电流纹波相当大。相反，如果我们要使用此驱动器将芯片基板放置在英特尔工厂，那将非常重要。幸运的是，这不适用于这些类型的引擎，您可以忽略该问题。但是，如果您需要更认真地开车呢？对于初学者，您可以增加PWM的频率。现代功率场效应晶体管可提供高达500 kHz的开关频率。但是，存在三个问题。

第一个问题是，随着PWM频率的增加，所谓的“死区时间”的影响会增加（有人称其为死区时间暂停，但这是错误的-电流在那里流过）。此时，逆变器的下部晶体管已经关闭，而上部晶体管尚未打开（反之亦然）。对于一种类型的晶体管，该时间是相同的，并且随着PWM周期的百分比的增加，其随着PWM频率的增加而变得越来越多。死区时间会使逆变器的输出电压失真，从而使逆变器的电流调节器增加了非线性。

第二个问题是，随着PWM频率的增加，要生成这种PWM微控制器变得越来越困难。微控制器使用硬件定时器进行PWM，该定时器在微控制器的每个时钟周期内逐个滴答。通过设置与计时器的比较，程序员可以选择何时打开钥匙。在具有100 MHz的微控制器和500 kHz的PWM频率的系统中会发生什么？我们一分为二，得到200个量子点（离散）来设置设定点。 PWM的200个电压设置设置根本“不合适”。伺服器至少需要两个数量级。为此，一些微控制器制造商将所谓的高分辨率PWM集成到其产品中-他们允许以比微控制器的单个时钟周期好几倍的时间分辨率来计算按键打开时间。在这种微控制器中有这种可能性，但是，第三个问题阻止了高分辨率PWM的使用。

第三个问题是电流传感器。在所使用的逆变器中，它们是并联型的，并且与逆变器的下键串联。这就意味着仅在下键打开的那一刻，才有可能测量同相电流。这意味着ADC启动必须与PWM操作同步，并且必须在打开下键的那一刻精确地进行测量。问题是，如果PWM频率很高，则模拟电路中的瞬变没有时间结束-电流开始出现误差。总的来说，一切都很复杂...

根本上有一种不同的方式-一些伺服驱动器制造商通常拒绝PWM，并在FPGA或以线性模式运行的运算放大器上建立硬件电流环路，并耗散PWM旨在节省的所有多余能量。但这是一个非常非常不同的故事。

结论

伺服器的要求是非常不同的-有人需要针对简单的慢速CNC机器的逐步控制模式（驱动器+电动机的价格为几千卢布），有人需要保持这种位置的质量，即使是当前电路的噪声也会成为问题。本文“在顶部”讨论了从属监管系统的工作的某些方面以及位置循环的工作质量，以便向读者介绍除著名的“阶梯”外的其他事物。这些实验中显示的伺服驱动器的质量实际上非常中等，这主要是由于转子位置传感器的分辨率较低。使用高分辨率的传感器时，调节质量会明显提高。

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这些实验在NPF Vektor LLC 的VectorCARD K1921BK01T调试套件上进行，该套件基于NIIET OJSC（ARM Cortex-M4F，100 MHz）的家用电机控制微控制器K1921BK01T构建。该调试工具包包括视频文章中显示的所有设备，包括源代码中的微控制器软件以及该从属三环系统，以及用于观察控制系统任何变量的波形图的软件。

奖励视频

在伺服驱动器中保持位置：从属控制与步进模式

三回路控制结构

直流电和交流电：位置环有什么区别？

步进模式

极数

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步进模式与从属法规：实践

步进模式与从属控制：静态模式下的比较

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闭路及其噪音

结论

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