我們都知道的是，現(xiàn)在電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中占有越來越重要的地位。正因為電機(jī)需要在很多的生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)用到，所以電機(jī)的種類變得越來越多。永磁式電機(jī)就是其中一種。在這篇文章中，我們將來了解永磁式電機(jī)的控制算法。
通常我們在控制小車運(yùn)動的時候不知道如何精確的對小車軌跡進(jìn)行控制。在不懂得小車控制算法精髓的時候，我們是無法對小車進(jìn)行精確的控制的。目前絕大多數(shù)小車都是用PID控制算法來實現(xiàn)對小車的運(yùn)動控制的。現(xiàn)在很多玩家就只知道一種調(diào)節(jié)方法，就是比例調(diào)節(jié)，即向左偏就向右調(diào)節(jié)，向右偏就向左調(diào)節(jié)，最容易想到，也是最容易用軟硬件實現(xiàn)的，但是結(jié)果也是最容易出問題的。當(dāng)時的感覺就是小車太靈敏了，忽左忽右，不是很穩(wěn)定。后來查了資料后知道了其他的調(diào)節(jié)方式。小車的實物圖如下圖所示。
圖 小車的實物圖
控制算法：
電機(jī)控制算法的作用是接受指令速度值，通過運(yùn)算向電機(jī)提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓，盡快地和盡快平穩(wěn)地使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到指令速度值，并維持這個速度值。換言之，一旦電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了指令速度值，即使在各種不利因素(如斜坡、碰撞之類等使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的因素)的干擾下也應(yīng)該保持速度值不變。為了提高機(jī)器人小車控制系統(tǒng)的控制精度，選用合適的控制算法顯得十分必要。控制算法是任何閉環(huán)系統(tǒng)控制方案的核心，然而并非越復(fù)雜、精度越高的算法越好，因為比賽要求非常高的實時性，機(jī)器人必須在非常短的時間內(nèi)作出靈敏的反應(yīng)，所以現(xiàn)代的一些先進(jìn)控制算法，比如模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等就不能應(yīng)用到小車控制系統(tǒng)里。本系統(tǒng)選用了最常規(guī)、最經(jīng)典的PID控制算法，通過實際應(yīng)用取得了很好的效果。下圖是PID控制原理結(jié)構(gòu)圖。
圖 PID控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖
1 比例項
控制回路中的第一個偏差轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)就是比例項。這一環(huán)節(jié)簡單地將偏差信號乘以常數(shù)K 得到新的CV值(值域為-100~100)。基本的比例控制算法如下：
loop:
PV=ReadMotorSpeed()
Error=SP-PV
CV=Error*Kprop
Setpwm(cv)
Goto loop
其中SP為設(shè)定值，PV為反饋值，Error為誤差。
上一段程序中的SetPWM()函數(shù)并非將CV值作為絕對的PWM占空比來對待。否則，不斷降低的偏差值會使輸出值接近零，而且由于電機(jī)工作時需要持續(xù)的PWM信號，控制系統(tǒng)將會使電機(jī)穩(wěn)定在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)上，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)策略失敗。
相反，CV值一般被取作當(dāng)前PWM占空比的改變量，并被附加到當(dāng)前的PWM占空比上。這也要求SetPWM()函數(shù)必須將相加后得到的PWM占空比限制在0%~100%。正的CV值將使電機(jī)兩端電壓增加。負(fù)的CV值將使電機(jī)兩端電壓降低。如果CV值等于0，則無需改變但前占空比。較低的K 值會使電機(jī)的速度響應(yīng)緩慢，但是卻很平穩(wěn)。較高的K 值會使速度響應(yīng)更快，但是卻可能導(dǎo)致超調(diào)，即達(dá)到穩(wěn)定輸出前在期望值附近振蕩。過高的K 值會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，即輸出不斷震蕩且不會趨于期望值。
綜上所述，通過這篇文章，我們都能了解到永磁式電機(jī)的控制算法究竟是怎么一回事。電機(jī)在很多的場合都需要用到，對于永磁式電機(jī)來說，實現(xiàn)一定的控制是非常重要的，這有利于電機(jī)的運(yùn)行和操作。
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