基于DSP控制的無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂(共23頁(yè))

1、 基于 DSP 控制的無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)(q dn)器直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂 k 曾現(xiàn)代永磁無(wú)刷直流（BLDC ）的驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)異的高扭矩能力，這使它們適用于直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的應(yīng)用中，但不幸的是，他們由傳統(tǒng)的電流控制(kngzh)器控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。用間接轉(zhuǎn)矩檢測(cè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的方法，目的在于減少這樣的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。對(duì)ATT DSP32 ，數(shù)字信號(hào)處理芯片，由于控制算法需要高速計(jì)算被用作控制器。DSP電路已安裝在原型卡和安裝在微型計(jì)算機(jī)中作為程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行時(shí)的輸入 - 輸出控制器。我們目前的設(shè)計(jì)，實(shí)施和擬議的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是基于DSP瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制器。關(guān)鍵詞:機(jī)器人、數(shù)字(shz)信號(hào)處理器、控制工程采用高扭

2、矩永磁（PM ）電機(jī)的無(wú)刷直流（BLDC ）驅(qū)動(dòng)器適合于直接驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)和機(jī)械手臂的應(yīng)用中。直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于他們的能盡量減少與齒輪傳動(dòng)相關(guān)的摩擦和間隙。然而，沒(méi)有齒輪的并非沒(méi)有其自身的問(wèn)題。直接驅(qū)動(dòng)裝置在低速時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響變得特別令人反感。然而，利用高性能數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）和快速開(kāi)關(guān)功率器件，現(xiàn)在有可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制器與負(fù)責(zé)最終速度或伺服系統(tǒng)的位置響應(yīng)外部循環(huán)的內(nèi)部循環(huán)控制器。這達(dá)到了扭矩特性閉環(huán)控制，因此具有優(yōu)越的伺服性能。傳統(tǒng)的電流控制器的目標(biāo)是迫使定子相電流盡可能接近為一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)矩指令提供（例如，一個(gè)理想的正弦曲線）的參考。這些通常由模擬和數(shù)字器件的混合組合來(lái)達(dá)

3、到。然而，在許多情況下，轉(zhuǎn)子磁通分布不可能是完全正弦波或梯形，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。使電機(jī)在次優(yōu)條件下運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)BLDC驅(qū)動(dòng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的概念，如圖1所示。三相逆變器和永磁電動(dòng)機(jī)的組合被認(rèn)為是可以從轉(zhuǎn)矩控制器接受3位數(shù)字的命令轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生單元。瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)可以從機(jī)器參數(shù)和瞬時(shí)電流與轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量數(shù)值來(lái)估計(jì)。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)合適的控制算法，通過(guò)使用逆變器的直接數(shù)字控制可以消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。這也將導(dǎo)致無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的最佳操作，并帶來(lái)改進(jìn)的性能。在本文中，設(shè)計(jì)，實(shí)施和采用了變結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略建議瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為一個(gè)BLDC驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)環(huán)控制被提出。為實(shí)現(xiàn)基于DSP的轉(zhuǎn)矩控制器，一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置被

4、構(gòu)造。該機(jī)械裝置包括一個(gè)實(shí)驗(yàn)的PM電動(dòng)機(jī)，電機(jī)耦合到的絕對(duì)位置傳感器轉(zhuǎn)子軸的一端，而另一端被耦合到一個(gè)非線性負(fù)載而形成單臂機(jī)器人。因?yàn)樗枰目刂扑惴ǖ母咚龠\(yùn)算，一種數(shù)字信號(hào)處理芯片被用作控制器。DSP電路是建立在這樣一個(gè)原型卡上和安裝在微型計(jì)算機(jī)中作為程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行時(shí)的輸入 - 輸出控制器。瞬時(shí)(shn sh)轉(zhuǎn)矩控制 圖1 級(jí)聯(lián)電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)通常采用直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)（圖1 ）。這包括一個(gè)外環(huán)，它產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的所需的速度或位置，一個(gè)內(nèi)環(huán)，它控制逆變器的開(kāi)關(guān)，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生所希望的轉(zhuǎn)矩。內(nèi)環(huán)，俗稱(s chn)的轉(zhuǎn)矩或電流的控制器，也可以確保定子供給電

5、流和轉(zhuǎn)子磁通之間的同步。此功能被稱為電子通信，并一直優(yōu)于傳統(tǒng)刷式直流電動(dòng)機(jī)的換向器和電刷。大多數(shù)用于BLDC驅(qū)動(dòng)器的傳統(tǒng)內(nèi)回路控制器依賴于傳感器和控制實(shí)際相電流匹配一個(gè)正弦參考。用這種方法的主要問(wèn)題是會(huì)產(chǎn)生非理想的（即非正弦）的磁通分布，其結(jié)果是產(chǎn)生明顯的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的方法是：在這里作為一種替代傳統(tǒng)的電流控制。這種控制的目的是確保較大瞬時(shí)扭矩緊跟在外環(huán)控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)矩給定值。轉(zhuǎn)矩控制設(shè)計(jì)是基于可變結(jié)構(gòu)策略（VSS） ，其中開(kāi)關(guān)增益反相器是由數(shù)字控制器直接測(cè)定。沒(méi)有必要與PWM型調(diào)制和常規(guī)電流控制器相關(guān)聯(lián)。變結(jié)構(gòu)策略在變結(jié)構(gòu)策略（ VSS ）系統(tǒng)，控制是否允許改變其結(jié)構(gòu)的。例如，每個(gè)反

6、饋通路的增益可在兩個(gè)值之間，根據(jù)一些規(guī)則進(jìn)行切換。這種變結(jié)構(gòu)控制規(guī)律提供有效和強(qiáng)大的控制手段，在要被控制的參數(shù)具有超過(guò)一定范圍變化的值，其結(jié)構(gòu)參數(shù)具有非線性特性的情況下。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，例如DSP和高速開(kāi)關(guān)電路，例如功率MOSFET ，使VSS的控制驅(qū)動(dòng)器實(shí)際執(zhí)行成為現(xiàn)實(shí)。本質(zhì)上，VSS利用高速開(kāi)關(guān)控制法來(lái)驅(qū)動(dòng)所述非線性元件的狀態(tài)軌跡到指定值，使選擇用戶的開(kāi)關(guān)閥值在狀態(tài)空間中，并且保持元件的狀態(tài)軌跡在這個(gè)閥值內(nèi)一段時(shí)間。這個(gè)閥值稱為開(kāi)關(guān)或滑動(dòng)閥值，因?yàn)槿绻?rgu)狀態(tài)軌跡在該元件閥值的上方，一個(gè)控制路徑具有一增益，如果軌跡是在閥值之下，它具有不同的增益。受閥值限制元件裝置動(dòng)態(tài)表示受控系統(tǒng)的

7、行為。由滑動(dòng)閥值的合理設(shè)計(jì)， VSS達(dá)到控制的傳統(tǒng)目標(biāo)，如穩(wěn)定，跟蹤，調(diào)節(jié)等。這種控制方案要求快速?zèng)Q策?，F(xiàn)在快速的處理器，如DSP的問(wèn)世使之可行。開(kāi)關(guān)(kigun)閥值的選擇所提倡的VSS扭矩控制器是使用的永久磁鐵電機(jī)的dq模型來(lái)設(shè)計(jì)的，因?yàn)樗奖銉蓚€(gè)正交相繞組的工作。為了選擇開(kāi)關(guān)閥值，有必要確定相關(guān)的狀態(tài)變量。從機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)理論， 以PM電機(jī)的扭矩變化為根據(jù)，利用dq變換為直軸電流id和正交軸電流iq的值的函數(shù)。因此，狀態(tài)變量選擇為Id和Iq ，即：通過(guò)變換得到ABC域（常規(guī)三相表示）在dq領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算公式如下：式中R是繞組電阻（ABC域中的每個(gè)繞組，并假定每個(gè)定子繞組

8、都一樣），w是轉(zhuǎn)子電氣角速度，和） 。 D和Q是各自的直軸和交軸轉(zhuǎn)化通量。在轉(zhuǎn)化的數(shù)量上，這些計(jì)算公式如下：id ，id，和if是dq軸模型中的轉(zhuǎn)換電流，Idd,Idq,Iqq和Iqf是等價(jià)轉(zhuǎn)化電感。因?yàn)镻M電機(jī)將通過(guò)電壓型變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，該直軸電壓Vd和交軸電壓Vq被選擇為控制量u ，即：要選擇開(kāi)關(guān)閥值，下面(xi mian)的因素是要考慮的。1 。瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)應(yīng)該盡可能快。這是因?yàn)椋谒矐B(tài)響應(yīng)的可達(dá)到最大的帶寬機(jī)械(jxi)輸出完全由它的限制。2 。期望的轉(zhuǎn)矩是要通過(guò)最小輸入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是為了最大限度(xind)地減少歐姆損耗，從而確保最大效率。3 。電子換向，必須保持。4 。不應(yīng)該有穩(wěn)態(tài)

9、誤差。5 。轉(zhuǎn)矩環(huán)路必須是穩(wěn)定的，并且元件的參數(shù)值不應(yīng)有明顯變化。由于直軸始終與轉(zhuǎn)子磁通軸一致，引起力矩變化的只有i。因此，一直保持標(biāo)識(shí)id在零時(shí)刻，以致內(nèi)部轉(zhuǎn)矩由iq決定，得到目標(biāo)（2）。瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩由下式給出：其中K是在小型開(kāi)關(guān)間隔t內(nèi)假定的恒定的扭矩參數(shù)。這相當(dāng)于保持轉(zhuǎn)矩角在90度 。通過(guò)調(diào)節(jié)IQ的基準(zhǔn)值達(dá)到的轉(zhuǎn)矩需求，目標(biāo)（1）也可以達(dá)到。id和iq是轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)假想的數(shù)量值，這些量控制定子供給電流和轉(zhuǎn)子磁通，從而滿足目標(biāo)（3）之間意味著同步。如果控制量輸入在任何時(shí)候滿足滑動(dòng)模態(tài)的存在條件，目標(biāo)（ 4 ）和（ 5 ）也被保證。因此，開(kāi)關(guān)閥值被選擇為：其中Idref=0,Tref 是由外部環(huán)路控制

10、器決定的力矩參考值?？刂乒δ躒SS控制功能被選擇為：其中Vd和Vq由使用VSS的設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)確定震級(jí)定標(biāo)量(bioling)。這些選擇都是基于矢量控制的理論?？刂破鞔_定控制輸入VD和VQ，它是在旋轉(zhuǎn)dq域內(nèi)考慮開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)軌跡的位置來(lái)確定的。這些控制輸入映射到逆變器的ABC電壓矢量中。為了使VSS的條件保持正確，它已經(jīng)在數(shù)學(xué)上表示。 Vd和Vq必須滿足下列不等式：Vd和Vq的實(shí)際值由電機(jī)的運(yùn)行期間獲得可達(dá)到的最大速度確定。逆變器所需的直流鏈路電壓是由dq變換到Vd和Vq來(lái)計(jì)算。VSS控制(kngzh)功能如（ 10）和（ 11 ）所示，因此u有四個(gè)可能的值（ X，T ）= VD（ X，T ）

11、， VQ（ X，T ） T。為使得所述映射到實(shí)際的逆變器矢量是簡(jiǎn)單而有效的,控制功能的形式已被選擇。映射(yngsh)到矢量變頻器PM電動(dòng)機(jī)是由三相電壓型逆變器電橋驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。逆變器由三對(duì)功率MOSFET組成。每一對(duì)工作在一個(gè)切換方式，即上層MOSFET導(dǎo)通和底部MOSFET關(guān)斷為1命令，反之為0命令。這種3字節(jié)控制信號(hào)被稱為矢量。可以有八個(gè)不同的向量。表1列出了載體和MOSFET的狀態(tài)。矢量0和7被置零向量，因?yàn)闊o(wú)論接到正或負(fù)直流母線端子它們都可能造成短路到。其余六個(gè)載體是活性載體。要從控制輸入的dq平面映射到實(shí)際的矢量變頻中，電機(jī)轉(zhuǎn)子周期分為12個(gè)區(qū)域。據(jù)該12個(gè)區(qū)域的轉(zhuǎn)子角，最新的

12、逆變器的矢量被置有四個(gè)控制輸入。該結(jié)果已列于表2 。區(qū)域的數(shù)目和位置已經(jīng)被確定，使得每個(gè)區(qū)域具有唯一的一組四個(gè)不同的控制輸入向量。實(shí)際上映射(yngsh)等同于規(guī)則： 圖2 三相(sn xin)MOSFET逆變橋表1變頻器矢量(shling)和MOSFET的狀態(tài)表2 映射(yngsh)到變頻器的矢量其中a，b和c表示的是變頻器矢量，Va，Vb和Vc的是從Vd和Vq逆變得到的。從映射邏輯產(chǎn)生的向量被發(fā)送到分割后的MOSFET橋矢量的柵極來(lái)驅(qū)動(dòng)電路以獲得其補(bǔ)充，如圖3所示 。采樣頻率應(yīng)該是高的，一般至少10kHz，這樣的電流的損耗是小的。延遲應(yīng)保持在最低限度。因此，所設(shè)計(jì)的扭矩控制算法需要一個(gè)(y

13、 )高速處理器如DSP ，使得這一過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。圖4顯示了扭矩控制裝置的框圖。我們先前進(jìn)行的模擬研究表明該控制方案是可行的。利用轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的技術(shù)，它是基于科學(xué)地使用電動(dòng)機(jī)方程和參數(shù)估計(jì)方法獲得的瞬時(shí)扭矩反饋信號(hào)。這種技術(shù)在參考6進(jìn)行了詳細(xì)闡述 ?？刂破鲗?shí)現(xiàn)(shxin)本節(jié)介紹了實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)施細(xì)則，調(diào)查測(cè)議瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的性能。該實(shí)驗(yàn)裝置的框圖如圖5所示。 圖3 控制器逆變器界面(jimin)控制(kngzh)設(shè)計(jì)采用了數(shù)字(shz)信號(hào)處理器作為控制器。所使用的DSP是由ATT制造的DSP32設(shè)備 圖4 力矩(l j)控制器框圖 圖5 塊試驗(yàn)裝置圖無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)(q dn)裝置該機(jī)械裝置包括

14、一個(gè)實(shí)驗(yàn)的PM電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子軸的一端耦合到一個(gè)絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器，而另一端是通過(guò)一個(gè)軸的扭矩檢測(cè)器IO耦合的負(fù)載。主電機(jī)pararneters摘要列于表3 。單臂機(jī)器人被用作高度非線性的負(fù)載，因?yàn)檫@將產(chǎn)生一個(gè)非常依賴于位置的負(fù)載力矩。絕對(duì)編碼器具有13位分辨率，每轉(zhuǎn)子一個(gè)機(jī)械周期分為8192測(cè)量步驟。它的輸出代碼(di m)基于格雷碼格式。扭矩檢測(cè)器是扭矩傳感器的位移型，其將其扭桿的扭轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成相位差信號(hào)。這個(gè)信號(hào)由一個(gè)計(jì)算和顯示(xinsh)單元加工成成比例的轉(zhuǎn)矩的模擬信號(hào)。扭矩檢測(cè)器能夠檢測(cè)到靜態(tài)扭矩和低速時(shí)的瞬時(shí)扭矩波動(dòng)（小于10轉(zhuǎn)）。根據(jù)控制器的性能需要，可用示波器顯示瞬時(shí)扭矩。一個(gè)

15、電壓供給三相逆變橋來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。它由三對(duì)功率MOSFET及其柵極驅(qū)動(dòng)電路組成。柵極驅(qū)動(dòng)器電路，能夠確保為了避免擊穿通過(guò)互補(bǔ)的MOSFET之間的切換延遲。這些MOSFET能夠切換速度超過(guò)100千赫。直流母線電壓是可調(diào)的。直接由數(shù)字控制器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送到網(wǎng)橋。光電耦合器中使用柵極驅(qū)動(dòng)電路，以隔離控制電路與電力電子設(shè)備。相電流信號(hào)由霍爾效應(yīng)電流傳感器產(chǎn)生的。這些換能器的輸出是雙極型量程20A的動(dòng)態(tài)范圍電流。定子繞組是星形連接，只有兩相電流需要被測(cè)定。基于(jy)DSP的控制器數(shù)字控制系統(tǒng)的核心是一個(gè)32位DSP。這種特殊的設(shè)備(shbi)被選擇，是因?yàn)檗D(zhuǎn)矩控制算法需要非?？斓挠?jì)算來(lái)限制電流的波動(dòng)。

16、DSP是一種專用的微處理器，有有限的指令集。由于各種指令比一般的微處理器少，其體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，能在流水線上高水平高效率地執(zhí)行其任務(wù)，其吞吐量是非常高的。表3 機(jī)器(j q)參數(shù) 圖6 基于(jy)DSP的實(shí)驗(yàn)控制器在DSP由微型計(jì)算機(jī)用作主機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的控制應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)期間和實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試期間提供輸入 - 輸出設(shè)備的支持。當(dāng)應(yīng)用程序已準(zhǔn)備好進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，它被下載到DSP32裝置的存儲(chǔ)器空間。該DSP32控制器被構(gòu)造在一個(gè)原型(yunxng)卡，允許它被安裝在微型計(jì)算機(jī)的ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）總線。圖6顯示了基于DSP的控制器。這種硬件設(shè)計(jì)(shj)方案允許快速的程序開(kāi)發(fā)，調(diào)試和測(cè)試。它也是

17、通用的，因?yàn)樗梢詳U(kuò)展為一個(gè)控制器，用于多電機(jī)布置。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的商用設(shè)計(jì)中，DSP可以用永久掩膜編程的充分測(cè)試的應(yīng)用程序和設(shè)置其自身的輸入輸出設(shè)備，以便它可以作為一個(gè)單獨(dú)的控制器來(lái)操作。這里應(yīng)注意的是，盡管用于獲得在下一節(jié)中描述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的特定DSP是ATT DSP32 ，很清楚的是，這里所提出的技術(shù)也可以容易地由32位DSP器件的任何其他產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。在我們目前的工作中得到成功應(yīng)用的另一臺(tái)設(shè)備是德州儀器的TMS320C30。DSP32的接口(ji ku) 圖7 DSP32 的連接(linji)該DSP32的并行I / O （ PIO ）功能使得它能通過(guò)一個(gè)八位雙向并行端口與外圍設(shè)備進(jìn)行通信(t

18、ng xn)。它由PIO控制塊，六個(gè)內(nèi)部寄存器，錯(cuò)誤控制邏輯和存儲(chǔ)器刷新電路的DSP32片內(nèi)RAM組成 。該P(yáng)IO用在實(shí)驗(yàn)裝置上，以允許微型計(jì)算機(jī)來(lái)下載應(yīng)用程序到DSP32存儲(chǔ)器。在運(yùn)行時(shí)，微型計(jì)算機(jī)也傳遞從模擬和數(shù)字輸入 - 輸出通過(guò)PIO的DSP32的數(shù)據(jù)。微型計(jì)算機(jī)和DSP32之間的PIO接口示于圖7。該P(yáng)IO有兩種傳輸模式，DMA（直接存儲(chǔ)器存?。┗虺绦蚩刂啤Ｔ贒MA方式下，微型計(jì)算機(jī)由第一個(gè)寫(xiě)地址傳送到內(nèi)部PIO寄存器開(kāi)始轉(zhuǎn)印，即的起始地址，其中數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)或從DSP32存儲(chǔ)器中檢索。微電腦然后讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)或從到并行端口。該讀/寫(xiě)過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，直到微型計(jì)算機(jī)停止DMA操作。在這種編

19、程模式下，因?yàn)閿?shù)據(jù)都存儲(chǔ)在單獨(dú)的內(nèi)部寄存器PIO中，所以微機(jī)和DSP32可以同時(shí)訪問(wèn)PIO 。在編程模式中，DSP32的讀或?qū)懖僮魇峭ㄟ^(guò)在DSP32應(yīng)用程序中執(zhí)行一個(gè)指令來(lái)完成的。單片機(jī)的讀或?qū)懖僮魇峭ㄟ^(guò)八位并行端口。在我們的實(shí)驗(yàn)裝置中，DMA模式下應(yīng)用程序是下載到DSP32的存儲(chǔ)器中?？刂茟?yīng)用程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)入編程模式?？刂破鞯男阅芩矔r(shí)轉(zhuǎn)矩控制方案在上一節(jié)中所描述的實(shí)驗(yàn)裝置中得以實(shí)現(xiàn)。在本節(jié)中，我們檢測(cè)已提出的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制器的性能，并將它與已實(shí)現(xiàn)了的傳統(tǒng)的正弦電流控制相比較。第一次測(cè)試僅在內(nèi)環(huán)進(jìn)行。此外，需要解決的一個(gè)更為重要的問(wèn)題是在已提出的基于dsp的控制器的幫助下，典型的機(jī)器人應(yīng)用是不是能

20、得到改善。這里測(cè)試也在外循環(huán)進(jìn)行的，并且對(duì)位置和靜力控制的機(jī)器人的典型應(yīng)用的控制系統(tǒng)的性能做了研究。內(nèi)部(nib)閉環(huán)的轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制回路的采樣時(shí)間被選為100us。在每個(gè)采樣周期開(kāi)始時(shí)，相電流和轉(zhuǎn)子位置信息被讀入。那么相電流數(shù)據(jù)(shj)轉(zhuǎn)化為Id和Iq 。對(duì)于dq變換，sin（ 0 ）值和COS （ 0 ）的值是必需的 。這些值使用查表法獲得。使用VSS控制功能，適當(dāng)?shù)男盘?hào)被發(fā)送到逆變器。總的計(jì)算時(shí)間大約是12us。與傳統(tǒng)的正弦電流控制方法也作了比較。 圖8 使用瞬時(shí)(shn sh)轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩和相電流 圖9 使用正弦電流(dinli)控制的轉(zhuǎn)矩和相電流圖8顯示(xinsh)的是使用瞬

21、時(shí)扭矩技術(shù)獲得的轉(zhuǎn)矩和相電流。本試驗(yàn)沒(méi)有在外環(huán)控制器上運(yùn)行。設(shè)定1Nm的轉(zhuǎn)矩參考，調(diào)整負(fù)載，以使電機(jī)的速度為約10轉(zhuǎn)每分鐘。圖9顯示的是在相同的測(cè)試條件下由正弦電流控制器控制時(shí)的轉(zhuǎn)矩和相電流。有明顯的脈動(dòng)頻率，頻率大約是電流頻率的6倍。這與傳統(tǒng)的正弦電流控制的理論相協(xié)調(diào)。與圖8相比，使用瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有明顯降低。比較使用不同的控制器引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，兩個(gè)指數(shù)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的內(nèi)容和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的因素是被用來(lái)量化轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的程度的量。指數(shù)的值越小，控制性能(xngnng)越好。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)含量（TRC ）被定義為：其中T e（t）是瞬時(shí)扭矩和Tmean是平均扭矩。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)因子（TRF ）被定義為其中

22、TPP是峰 - 峰值轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。表4 給出了兩種控制方案的性能指標(biāo).結(jié)果一致表明，瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制能有效地減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。表4 轉(zhuǎn)矩性能(xngnng)指數(shù)。位置(wi zhi)控制在對(duì)于內(nèi)環(huán)使用基于dsp的瞬時(shí)力矩控制器的位置控制應(yīng)用中，外環(huán)使用位置控制算法可能使性能得到(d do)提高。外循環(huán)的設(shè)計(jì)是基于變結(jié)構(gòu)的策略。利用正弦電流控制和瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的位置控制器的響應(yīng)示于圖10。結(jié)果表明，采用瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制獲得的響應(yīng)曲線速度快，但阻尼大無(wú)超調(diào)。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減少使得外環(huán)位置控制器能以較少的控制工作實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。因此，瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制器提高了位置控制器的瞬態(tài)性能。圖10 位置控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（負(fù)載0.2Nm）; （ a）瞬時(shí)(shn sh)轉(zhuǎn)矩控制;（ b）正弦電流控制靜力矩(l j)/力控制基于DSP的瞬時(shí)扭矩控制器可以控制電機(jī)軸上的現(xiàn)成扭矩，即使在軸是靜止的。這是機(jī)器人技術(shù)很重要的重要應(yīng)用，例如聯(lián)合扭矩控制器。在一個(gè)典型的多關(guān)節(jié)機(jī)器人中，每一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭有一個(gè)電機(jī)與自己的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制器相連。為了直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，沒(méi)有一個(gè)電機(jī)用齒輪或聯(lián)軸器與相連手臂傳遞力矩(l j)。因此，發(fā)達(dá)扭矩也是聯(lián)合扭矩。作為典型的例子，在控制機(jī)器人的計(jì)算力矩的方法中，主控制器決定所相關(guān)的關(guān)節(jié)扭矩，對(duì)跟蹤期望的軌跡末端效應(yīng)式必需的。各關(guān)節(jié)力矩控制器的功能是確保電機(jī)驅(qū)