电机数字控制系统应用及未来发展
据统计，全球电机市场将从2014年的低于1000亿美元上升到2022年的超过1400亿美元。研究表示，2015至2022年期间，受旨在提高能源效率的技术和调控政策的发展驱动，电机市场的复合年增长率将达到4.5%。 而且近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为直流伺服系统、三相永磁交流伺服系统。 首先，对于低功耗电机应用，其成本比复杂性更为重要，并且对转矩的要求较低，因此单相无刷直流(BLDC)电机是三相电机不错的替代方案。此类电机结构简单，易于制造，因此成本较低。此外，它只需要使用单位置传感器和一些驱动器开关即可控制电机绕组并为其供电。 其次，基于贴标机工艺需要设计和实现复杂的ECAM运动功能，主要是为了控制快速复杂的转位机构的运动，如小托盘等。这些小托盘由电机和驱动器来驱动，运行在潮湿、振动等极限环境下。此外，高速实时的通讯信号还需要通过滑环机构传递。这些问题都需要经验丰富的工程师花费相当多的时间去解决。 再者，对于实现精准的“电机控制”和“电池管理”而言，微控制器(MCU)是关键核心。首先在电机控制方面，由于无人机配置多个电机又要多轴控制，因此每一个电机都需搭配一颗具备快速PWM调制能力及小尺寸封装特性的8位MCU，以提升操控体验。 步进电机是一种特殊运行方式的同步电机。将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。通过改变脉冲频率可以在很大范围内调节电机速度，并且能够快速启动、制动和反转。在数字控制系统中广泛应用。一般用于开环系统，也可构成闭环。 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。 相数：产生不同对极N、S 磁场的激磁线圈对数。常用m 表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相步进电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ 表示。θ=360 度(转子齿数J*运行拍数)，以常规二、四相，转子齿为50 齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360 度/(50*4)=1.8 度(俗称整步)，八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9 度(俗称半步)。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的)。 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积(几何尺寸)的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。
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