概述

位置控制允许电动驱动将电机移动到指定的目标机械位置。

电机的运动可以通过两种不同的方式实现：

在轨迹模式中：为了实现平滑运动，根据给定时间计算内部轨迹（视为目标位置序列）。这一发展轨迹由三个阶段组成：

加速度
恒定速度
减速。

必须遵循这种明确的轨迹，以零角速度到达目标位置，从而避免在稳定位置周围发生振荡。

跟随模式：例如，当用户外部计算轨迹时，该模式非常有用。

在这两种情况下，位置控制都要求：

正交编码器（带或无索引信号）
场向控制（FOC）电流控制器
专用PID位置控制器

位置控制概述

实现

位置控制方法使用三个控制器，如下面的框图所示。

使用PID（具有比例、积分和微分作用）实现的位置控制器，执行于中频任务（通常为1 kHz）。
两个电流控制器通过PI（仅具比例和积分作用）实现，在FOC频率下执行，用于Id和Iq电流调节。

这两个频率都可以通过MC Workbench进行自定义。

位置控制器的PID只影响Iq参考（Iqref）。相反，Id 参考（Idref）按照通常的 MTPA 轨迹进行管理。

这种方案是使用编码器测量电机位置的最佳方法，因为它不需要精确测量电机转速。

位置控制原则

轨迹模式

在轨迹控制模式下，梯形目标角速度轨迹以三个时间区间实现：恒定角加速度（从O到B）、恒定角速度（从B到C）和恒定角减速（从C到D），如下图蓝色所示，其中l是巡航角速度间隔的持续时间。

持续的摇晃轨迹

为了避免在角加速度间隔内发生阶跃变化（物理上不可能），并避免机械应力，在加速和减速间隔（粉色曲线）中实现了恒定的角硬拉。

角震动，也称为震荡，是角加速度随时间变化的速率。

加速和减速间隔进一步细分为三个子间隔，持续时间如图2所示。

加速度子间隔

对于图2中从（O）到（1）的第一个子区间，角震动j（t） = 常数=J，运动由表<>所示的方程定义。

方程第一子区间加速相

对于图2中从（0）到（2）的第二个子区间，角震动j（t） = <>，加速度a = 常数，运动由表<>所示的方程定义。

方程第二子区间加速相

对于图2中从（3）到（<>）的第三个子区间，角震动j（t） = 常数=− J，运动由表<>所示的方程定义。

方程第三子区间加速相

考虑到减速步与加速度步对称，我们可以假设加速度和减速步中的Δθ等于表3中给出的\（\theta_3\）：

\（\Delta\theta=\Delta\theta_{EndOfAcceleration}=\Delta\theta_{EndOfDeceleration}=\theta_3\）

角变化 Δθ 在角速度保持不变（图1中的巡航间隔）且等于 \（l \timesω_{cruise} \quad \text{where} \quad ω_{cruise}= ω_3 \quad \text{见表3} \）

从动作开始到结束的总角度变化表示为（1）：

\（\color{green}{\Delta\theta_{tot}} \color{black}=\Delta\theta_{EndOfAcceleration}+\Delta\theta_{EndOfCruise}+\Delta\theta_{EndOfDeceleration}\）

\（\color{green}{\Delta\theta_{tot}} \color{black}=\theta_3 + l \omega_3 + \theta_3\）

\（\color{green}{\Delta\theta_{tot}} \color{black}=2\theta_3 + l \omega_3=6JA^3+2JA^2l \quad\color{grey}{\text{（1）}}\）

乐章的总时长是每个音程的总和。其表达方式为（2）：

\（\color{blue}{\Delta{t}} \color{black}= 3A + 3A + l \quad\color{grey}{\text{（2）}}\）

为了简化计算，可以假设图3中的每个区间（加速度、巡航和减速）持续时间相同，得到 \（l= 3A\）。

在此条件下，（1）和（2）变为：

\（\color{green}{\Delta\theta_{tot}} \color{black}= 12JA^3 \）

\（\color{blue}{\Delta{t}} \color{black}= 9A = l \）

下列变量（A、l、J 和 \（ω_{cruise}\））是根据用户提供的两个输入计算的：

\（\color{green}{\Delta\theta_{tot}}\）（全角度移动）和
\（\color{blue}{\Delta{t}}\）（移动持续时间）

弹道计算器利用 jerk J 逐步积分目标位置。

\（A=\frac{\color{blue}{\Delta{t}} {9} \）

\（l=\frac{\color{blue}{\Delta{t}}{3} \）

\（J=\frac{\color{green}{\Delta\theta_{tot}}{12A^3} \）

\（\omega_{cruise} = 2JA^2 \）

跟随模式

在跟进模式下，用户可以以固定速率发送不同位置，根据所需轨迹，位置控制算法计算中间点以平稳移动到达（跟随）目标。

工作台激活

在工作台中选择正交编码器进行速度和位置感测后，在驱动器设置窗口中选择控制模式中的位置控制项。

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