伺服电机驱动器简介

前言：

工程师使用伺服电机来实现像机器人，自动化和数控制造这些需要精密运动的应用。像RC伺服电机，Mechaduino是一款价格便宜，开源，工业伺服电机。

产品特点：

位置，转矩，速度和自定义模块

设计要点：

坐标，速度，转矩环路；插入式兼容与步进电机；I2C，串行输入；定制/开源能够访问内部变量；透明和用户自定义的控制算法（商业电机往往缺乏这一点）；BDC电机的成本是是1/10到1/100之间。虽然他们设计优化步进电机，实际上只是50极无刷直流电机。他们可以控制酷似一个更传统的三相BDC电机。

2）一种反馈的传感器，通常是编码器。光学编码器是相当标准，但如果你想高分辨率或绝对位置信息，那么价格也将变的相当昂贵。像AMS厂商就提供了廉价的，高分辨率磁性编码器。事实证明，尽管它们要求12和14位的分辨率（即分别是0.09和0.02度），它们从非线性遭受一定程度的左右的数量级的影响！然而，我们发现，这种非线性是非常重复的，我们能够开发包含一个快速的，恢复分辨率优于0.1度校准程序。

3）驱动电路/电子电力来运作电机绕阻。许多工业伺服系统采用分立H桥。每个阶段都需要它自己的H桥，它由至少4个，而不是8（...包括续流二极管）分立开关装置。这些驱动电路和大量运作使成本开始变得昂贵。人们希望找到一个单芯片，集成解决方案，将允许电流反馈，我们发现只是在A4954双全桥PWM驱动器。

4）控制电子设备。通常一个微控制器或FPGA。在早期，我们觉得Arduino的兼容性非常适合，我们选择使用SAMD21 ARM M0 +（Arduino的零兼容）处理器，以平衡成本和性能。我们的实验板原型系统验证了该处理器比能够执行必要的算法更合适

下面是一个整体框图：

设计一个八度控制器（离散回路成形）：

伺服电机应用实例：

精细，闭环定位的3D打印机

精密的光学仪器（激光器，望远镜，相机万向节）

力阻控制机器人

力阻游戏控制器

可调节的机械阻抗：虚拟弹簧，质量，阻尼器

数控机床中两轴之间的电气传动装置

远程操作

重力抵消（计数器上的机械臂，例如重力扭矩）

负载检测和表征

TP饮水机

可变负载（制动）

可变荷载（发电机）

气门控制（自动花园水管等）

其他优点：

比步进电机更高的分辨率（0.02度）

真正的闭环的抗扰

低功耗：只使用能源来抗击干扰。这反过来又意味着更高的峰值扭矩

绝对位置控制（而不是增量）

无需家里通电

工业伺服电机工工工工由四个主要组成部分：

1）实际电机，通常为无刷直流品种。当您看到工业伺服电机时，成本的一大部分是电机本身。它们通常是定制的，或至少内置数量有限，这意味着$$$。瓦特瓦特，我猜想，生产NEMA 17或NEMA 23步进电机的质量是工业伺服中使用的BDC电机的十分之一和百分之一虽然他们的设计是针对“步进”进行优优的，但步进电机实际上只是50极无刷直流电机。它们可以像更传统的三相BDC电机一样受到控制。这就是计划。这是工作！

2）用于反馈的传感器，通常为编码器。光学编码器是非常标准的，但如果您想要高分辨率和/或绝对位置信息，则可以获得相当昂贵的代价。我们对AMS等供应商提供的一些便宜，高分辨率的磁编码器感兴趣。事实证明，尽管他们声称12和14位分辨率（分别为0.09和0.02度），它们但在一定程度上的英文非线性的！然而，我们发现这种非线性是非常可重复的，我们能够开发一种快速，自包含（电机）校准程序，可以将分辨率恢复到0.1度以上（稍后再来）这是一个重要的设计工作，值得自己的构建日志！）

3）驱动电路/电力电子元件激励电机绕组。许多工业伺服系统使用离散ħ桥。每相需要自己的ħ桥（对于两相电动机...三相电动机中的每个半桥），其由至少4个（如果不是8个）（...包括续流二极管）分立开关装置组成。投入门驱动电路，事情开始变得昂贵。我们希望找到一个可以提供电流反馈的单芯片集成解决方案，我们发现在A4954双通道PWM驱动器中。

4）控制电子通常是微控制器或FPGA。在此之前，我们决定使用Arduino兼容性是为了使固件尽可能方便。我们选择使用SAMD21 ARM M0 +（Arduino Zero兼容）处理器来平衡成本和性能。我们的面包板原型系统验证了该处理器能够执行必要的算法....

工业伺服电机Mechaduino特点：

• 位置，速度，扭矩环路
• 步进和方向输入，用于与步进电机/步进棒的插入兼容性
• I2C，串行输入
• 可定制/开源，可访问内部变量
• 透明和用户可定义的控制算法（商业伺服器通常缺乏这个）
• Arduino的的的的的兼容易于使用的界面
• 高分辨率指向（小于0.1度）
• 低成本（不应该是步步高+步枪成本的巨大飞跃）
• 用于电机间通讯的串行接口
• 板载处理器可以独立应用于简单应用
• 可调整换向轮廓
• PID自整定
• 抗龋齿能力强

本设计伺服电机，位置，扭矩，速度和自定义模式，且与 RC伺服系统一样，工业伺服系统主动纠正外部干扰。与RC伺服系统不同，工业伺服系统可以提供非常精确的运动，并且通常支持先进的运动控制模式。运动的控制模式工业伺服电机工Mechaduino 0.2。