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用于步进电机驱动器的 TMC4361A 闭环电机
控制
1 闭环电机控制
TMC4361A 为步进电机(门)驱动器提供闭环电机控制能力。通常,来自 TMC4361A 的电机驱动器的电流
值或阶跃脉冲仅基于内部计算。使用 TMC4361A 的闭环单元,输出电流分别为。内部步长生成器的步长/方
向输出将根据反馈数据直接修改。该反馈数据可以从不同的编码器类型获得,如增量 ABN 编码器或绝对 SSI
或 SPI 编码器。
1.1 闭环电机控制不是磁场定向控制
经典的磁场定向控制通常使用三个控制回路的级联。内环控制电机电流。控制速度以外的一个水平,直到达
到最终位置。电流控制回路始终分配一个换向角为 90°的电流,以获得最大扭矩。反馈通过编码器或相电流
和电压测量获得;在数学模型的帮助下。
TMC4361A 的 2 相闭环控制采用了与 PID 控制级联不同的方法,PID 控制级联考虑了步进电机驱动器的特
性。分配目标和速度的斜坡发生器独立于位置控制(换向角控制),也独立于电流控制。闭环电机控制方案
如下图所示。
特别关注的领域
PID 调节特性的使用 y
编码器应直接安装在电机轴上,用于闭环操作,以防止不必要的耦合效应。
此外,如果编码器未直接安装在电机上,则必须使用 PID 调节功能。例如,PID 控
制将避免皮带传动打滑,因为闭环电机控制无法正确处理皮带传动。
1.2 闭环电机控制防止阶跃损失
相电流直接分配给电机驱动器,这是步进电机驱动器的典型情况。这会产生转子应遵循的电流矢量。转子位
置将通过编码器反馈直接采样。闭环电机控制现在监控产生的负载角度。
当负载角度超过某个极限时,电流矢量的方向跟踪转子位置。结果是负载角,其永远不会超过给定的极限。
因此,不会发生阶跃损失。因此,电流矢量跟随超功率负载,直到负载降低。克服过载后,电流控制分配所
需的位置或速度。
注:
� 通常,负载角度限制为 90°,这是一整步的最大扭矩,但也可以指定 0°和 180°之间的任何限制
1.3 闭环电机控制节省能源
除了负荷角跟踪外,还可以为不同的负荷情况分配不同的电流比例值。因此,可以使用较低的负载情况来节
省能源。这是自由自适应电流缩放特性的结果,该特性根据实际负载分配电流。在低负载阶段,将为电机驱
动器分配较低的电流水平,而如果达到负载极限,则将应用最大电流。
1.4 如何设置闭环电机控制
在以下应用说明中,将解释 TMC4361A 的全套闭环特性。一般流程可以分为三个不同的阶段,而后两个阶
段是可选的,可以相互独立使用。首先,必须准备和建立闭环行为。该一般设置过程是强制性的,将在第 3
章中阐明。闭环电机控制的两个可选改进将在第 4 章(电流缩放能力)和第 5 章(反电动势注意事项)中说
明。在最后一章中,将解释闭环操作的进一步设置。
但在开始闭环设置之前,必须正确连接整个设置。在下一章 2 中,将介绍 μC、TMC4361A、电机、编码器
和电机(门)驱动器之间的可能连接。
i 关于不同设备的正确固定和布局注意事项的信息可以在特定组件的数据表中找到。有关 TMC4361A 的正确
SPI 和编码器通信方案的信息,请参阅相应的手册,并提供详细信息。
注:
� 有一个例外:如果启用了圆周运动(请参见 0),并且在一个旋转过程中,当前速度过高,无法进行精确
定位,则可能会从速度模式更改为定位模式。
2 将 TMC4361A 与 μC、电机(门)驱动器和编码器连接
2.2 连接特定管脚以实现最低限度的设置
在下文中,将识别 TMC4361A 所需的引脚信号,以建立完整的闭环系统。这是一个最低限度的设置。如果
您想使用其他引脚信号及其功能,请参阅 TMC4361A 手册。
对于最小闭环电机控制设置,请执行以下操作:
-正确连接接地针脚和电源针脚。在每条电源线上放置一个 100nF 的电容器接地
-将外部时钟信号连接到 CLK_EXT,频率在 4.2…32 MHz 之间。
-通过将其与接地连接来禁用 TEST_模式。
-将 INTR 输出引脚连接到 μC。没有必要评估该信号,但如果是这样,将非常有用。将在下一章中解释的设
置将使用该引脚。
-建立从 μC 到 TMC4361A 的 SPI 连接。因此,将 NSCSIN、SCKIN、SDIIN 和 SDOIN 与 μC 连接(请参
阅 TMC4361A 手册,以建立正确的工作 SPI 通信方案)。
-反馈信号应连接到编码器接口引脚(A\u SCLK、ANEG\u NSCLK、B\u SDI、BNEG\u NSDI、N、
NNEG)。在这里,可以评估三种类型的编码器反馈信号:增量 ABN 编码器、绝对 SSI 和 SPI 编码器。请
参阅 TMC4361A 手册以正确连接编码器反馈信号。
-将 StepDir 输出引脚(STPOUT 和 DIROUT)连接到任何电机驱动器
-和/或将 SPI 输出信号线(NSCSDV\u SDO、SCKDRV\u NSDO、SDIDRV\u NSCLK、SDODRV\u SCLK)
连接到特定 TMC 电机驱动器的 SPI 输入引脚
注:
� 编码器应直接安装在电机轴上,用于闭环操作,以防止不必要的耦合效应。
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资源评论
- 陌陌的日记2023-07-24这篇翻译文件提供了一些宝贵的实践经验,对于实际应用非常有帮助。
- 陈后主2023-07-24作者对于TMC4361A闭环电机控制有着扎实的了解,讲解清晰易懂,可以帮助读者快速上手。
- 顾露2023-07-24文章内容结构清晰,逻辑性强,循序渐进,对于初学者来说很友好。
- Msura2023-07-24这篇翻译文档对于步进电机控制相关知识进行了全面的介绍,让人受益匪浅。
- 俞林鑫2023-07-24这篇文件具有很好的实用性,翻译准确,对于步进电机控制感觉更加有信心了。
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