电机伺服驱动学习笔记（2）-系统框架

电机伺服驱动学习笔记（2）-系统框架

1.伺服驱动器的“伺服”

伺服驱动器或伺服电机中的“伺服”一词，是指控制电机旋转的方法中存在包括传感器的闭环系统。如果电机不加伺服，那么往往处于开环运动状态，最典型的例子是电风扇，我们只能通过档位（即）施加给风扇电机的电压来进行大致的转速控制，精度不高。
如果我们需要对风扇进行精确的转速控制和转动位置控制，就需要加上传感器进行闭环控制。这也是《自动控制原理》等教科书中开篇所讲的开环与闭环的区别。
汽车驱动电机似乎可以不用伺服电机，也可以实现比较粗糙的转速控制。但是电机随着使用时间的增长，其内部的如电阻和电感等参数发生变化，再进行开环控制，会造成指令转速和实际转速的差异增大。而闭环控制（伺服控制）则可以避免电机参数对控制精度的影响。

2.伺服驱动器的框架（以飞机舵面控制为例）

下图是伺服电机驱动的框架
上图中，控制信号可以是转速或位置指令，与反馈电路（传感器）反馈回的实际转速或位置做差。该误差信号经控制器处理后，产生控制信号。控制信号经驱动器放大后，驱动伺服电机经传动机构驱动飞机舵面发生偏转。
其中控制器和驱动器合在一起作为伺服驱动器，其中控制器是弱电控制部分，通常是TMS320系列、STM32系列的单片机芯片。而驱动器是功率放大模块，通常是由IGBT等电力电子器件组成。

3.驱动器框架分解

3.1 控制器

在上图的框架中，控制器一般是《单片机原理及应用》一类的课程进行初步讲解，然后由工程人员根据实际需要和企业技术积累进行选型后，根据实际选型进行设计。
控制器内部的控制算法（如PID）通常有《自动控制原理》等课程进行讲解。

3.2 驱动器

驱动器一般是将控制器输出的控制信号进行放大后，作为驱动信号传输给伺服电机。除此之外，还需要具备隔离保护、过流保护、过压保护等保护功能，同时需要考虑电磁兼容性设计（这也是非常难的一个点）。这部分内容主要涉及《电工学》《电力电子技术》等课程内容

3.3 传动机构

传动机构一般是机械装置，如齿轮蜗杆传动装置或减速机等，是将电机的转矩转换成其他驱动方式的结构。

3.4伺服电机

此处的电机不限于永磁同步电机，可以是有刷直流电机（简称直流电机）、感应电机（异步交流电机）、无刷直流电机（装作直流电机的交流电机）。其中永磁同步电机的控制较为复杂。

3.5 反馈电路

反馈电路一般是传感器电路，传感器可以是位置传感器或速度传感器，将电机或被控对象（如舵面）等的位置和转速等状态量反馈给控制器。这部分内容通常涉及《传感器》等课程内容。在没学过相关课程的情况下，可以通过传感器手册等进行简单理解。

总结

只要是学过《电工学》、《单片机原理及应用》、《自动控制原理》等课程，就可以进行伺服驱动器的设计等相关项目实践。