基于MM32SPIN電機/電源專用芯片的有刷電機驅動應用方案——機器人舵機
本文簡單介紹基于MM32SPIN電機/電源專用芯片有刷驅動技術于"舵機軌跡控制"的應用實例。方案特色:
ARM Cortex-M0高性能電機驅動專用芯片
內建兩組N型Gate Driver
速度命令輸入可為模擬電壓或PWM信號
ADC 采樣位置回授
圖一：常見的7.5V/10W 有刷舵機
2、有刷舵機技術原理
在此介紹有刷舵機軌跡移動實現方法.
有刷舵機內部分為三大區塊
控制板
有刷馬達
位置回授傳感器
圖二：有刷馬達與控制板
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 ：時間單位：(ms)
SP : 速度單位：(LSB÷ms)
P1：結束位置單位：LSB
P0 ：起始位置單位：LSB
T1 ：結束時間單位：ms(毫秒)
T0 ：起始時間單位：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)
有刷速度與軌跡關系
圖四 ：理想矩形軌跡運動(紅色圈標示a = ∞)
V1為等速度
此時忽略紅色加速度運動時間理想上為零
綠色為位置軌跡
根據等加速度運動公式:
V = V0 +(a*t ) ;(公式一)
x = V0t +((a*t*t)÷2);(公式二)
當初速為零則V0 可忽略
我們可以從加速度運動(公式一) (公式二) 得知電機從初速到等速,需要花費時間與距離
圖五：非理想軌跡運動
需考慮物體本身從靜止→移動→靜止過程需要所謂加速度運動
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) LSB
CH3 藍色:速度軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) V
三角形速度軌跡運動
如圖6
V2 = (P1-P0)÷(Th-T0);
V2 = 2*V1; 假設:電機速度可達到(2*V1)
圖七： 實際軌跡運動時間
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) LSBCH3 藍色:速度軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) V
圖八：電機實際運轉
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) LSB
CH3 藍色:速度軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) V
圖九：電機實際運轉
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) LSB
CH3 藍色:速度軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) V
從圖八與圖九顯示當距離越短或是時間越短情況下速度軌跡隨之增高
V(速度) ∝PWM 占空比,當速度過高則占空比會呈現Full duty 狀態(如圖九橘色箭頭所標示占空比已接近滿載)
梯形速度軌跡運動
梯形的速度軌跡主要是改善
防止速度過高損壞電機
電機本身能驅動最高速
梯形速度軌跡介于矩形與三角形軌跡運動
圖十：電機實際運轉
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) LSB
CH3 藍色:速度軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) V
圖十一：電機實際運轉
CH1 黃色:PWM占空比(0~5)Voltage,對應了( 0~100)% duty cycle
CH2 綠色:位置軌跡(0~5) Voltage對應了(0~4095) LSB
CH3 藍色:速度軌跡(0~5) Voltage對應了(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,取決于電機本身特性,及應用調整軌跡設定
3、硬件設計
4、結論
MM32SPIN電機/電源專用芯片,具有內建兩相Gate Driver,相當適合有刷電機應用,更大大地簡化了電機驅動板的設計,內建除法器更可快速反應軌跡控制算法,提高了軟件效率,同時帶來開發成本降低的好處，如需要了解更多靈動微MCU產品，請聯系靈動微核心代理商-穎特新科技
編輯：ls 最后修改時間：2022-06-13
