一文讀懂運動控制驅動器的技術邏輯

電動驅動器是一種通過控制設備來調節電動機操作的系統。驅動器的主要任務是管理電能（以及氣動和氣動）轉換為機械能（線性，旋轉，振蕩或其他類型的運動），并針對特定應用進行了優化。它們由幾個組件組成，包括電動機，伺服電動機，步進電動機，逆變器，傳感器和控制系統。
另一方面，運動控制涉及調節和管理運動以獲得準確可靠的行為，因此它們可用于控制電動機的速度，扭矩和位置，從而可以進行廣泛的機械應用。驅動器可以以直流電為單位，以獲取運動應用，或者在交替的電流中，尤其是在需要大量功率的工業領域（單相或三相）中。
如今，從工業自動化到機器人技術，從輸送帶到機床，從電動汽車中的電動機控制到飛機導航系統，從打印機，硬盤，硬盤等小型消費者設備到風力渦輪機和電動汽車系統的調節。新型驅動器當前配備了集成的電子設備，可在緊湊的空間中化控制和功率。驅動器直接集成到電動機中，因此，簡化了機器的架構，并減少了接線和尺寸。
驅動器必須根據自己的需求執行兩個主要任務：
用正確的電流和電壓參數充分為電動機或執行器供電
準確控制電動機的行為
必須針對設備的應用調整所有關鍵參數，例如名義功率，超載，滿載和泛濫電流。除了功率規格外，系統還必須很好地滿足反饋機制的要求，并完美地管理了電動機的投入和產出。必須確保正確實施通信協議，以便系統可以在與其他設備或控制網絡集成時有效地運行。
此外，對工作溫度的連續監測是一個關鍵方面，因為它允許檢測任何過熱并迅速干預。如有必要，采用主動冷卻解決方案（例如通風系統或強迫冷卻）可能是合適的，以確保隨著時間的推移穩定和延長的操作。同樣，根據應用程序和安全要求的特定需求，可能有必要整合動態或機械制動器。這些設備對于確保緊急情況下的直接系統關閉，減少對周圍組件或結構的損害的風險以及提高整體系統可靠性特別有用。
反饋機制
反饋是電動機控制的關鍵元素，對于確保系統能夠準確，可預測地運行至關重要（請參見圖1中的相關圖）。它允許系統不斷監視位置，速度或其他操作變量，并自動調整與設定目標的任何偏差。在一個過程中，系統輸出信號的一部分被饋回其輸入，以將其與所需的值進行比較。實際值和所需值之間的差異會產生一個信號，該信號用于調整系統的輸入并減少差異。
驅動器以精度控制電動機的輸出和對輸入信號的響應。實際上，它們充當“控制器”，該“控制器”不斷糾正電動機的動作，以確保其準確執行所需的任務。需要傳感器（位置或速度）實時提供有關系統狀態的準確信息。控制器分析傳感器提供的數據并計算誤差信號（即差異）。
使用適當的控制算法（例如PID）確定要應用的糾正措施。電動機接收正確的控制信號，并相應起作用以減少錯誤。反饋發生在閉環中，在該循環中，系統將繼續監視和糾正，直到錯誤化為止。實施反饋循環可以使伺服驅動器對電動機進行實時校正。這樣可以確保電動機在所需條件下運行。
為微控制器實施偽代碼的一個示例，而無需介紹編程語言的技術細節，可能是：
初始化與電動機和溫度傳感器連接有關的引腳
連續讀取MCU的模擬端口的溫度傳感器值
將電壓讀數與預定閾值進行比較
通過選擇適當的PWM信號速度，根據傳感器的電壓調節電動機的速度
重復周期以不斷監測溫度

 圖1：反饋的理論操作

伺服電機和伺服驅動器
伺服驅動器及其伺服電動機如圖2所示。伺服驅動器是閉環控制系統中的基本電子組件，它會產生旋轉伺服電機所需的能量。它包括電子電路，伺服電機和反饋傳感器。伺服驅動器會根據系統的需求使電動機加速，減速，停止或向后移動。沒有它，電動機將以不受控制的方式旋轉。它必須滿足工業或民用自動化中運動控制應用的要求，以確保高精度的定位控制。
從幾十瓦特的小冪中，運行目標可以相當寬。它的特征是慣性速率取決于項目的規格，其運動扭矩和角速度的變化值。他們可以控制各種伺服電機，包括AC，DC，刷，無刷，旋轉或線性電動機。反饋設備可以是電位計，霍爾效應傳感器，加速度計，轉速計或其他合適的傳感器。然后，伺服驅動器將能量提供給伺服電機，并比較反饋信號，并根據需要調整電動機的行為。
運動控制驅動器

 圖2：帶有伺服器的伺服驅動器（來源：Inovance）