ソリューションの設計と選択の準備
産業用制御では、サーボ コントローラーは、正確な位置決めと制御が必要なアプリケーションでモーターを駆動するために不可欠です。このアプローチは、モーターの回転や特定の位置への機器の移動を正確に制御する必要があるアプリケーションに特に適しています。選択プロセスに着手する前に、駆動制御の原理を完全に理解することが不可欠です。
PWM 波形を生成し、DIR 信号を出力する必要があります。 T3a/T3L シリーズなどの適切なサーボ ドライバ モデルを選択すると、コスト パフォーマンスが大幅に向上します。- PWM 波形は、相補出力とデッドタイム制御をサポートする高度なタイマー (TIM1/TIM8 など) を使用して実装でき、H ブリッジの駆動に最適です。-さらに、TIM2/TIM3/TIM4/TIM5を使用してインクリメンタルエンコーダのABZ信号を読み取ることで、エンコーダフィードバック信号を取得できます。
PWM波形生成とサーボドライブアルゴリズムの実装
PWM 周波数は通常、可聴ノイズを回避し、スイッチング損失を低減するために 10 ～ 20kHz の間で選択されます。 PWM 波形生成の場合、cubemx ツールを使用して TIM タイマーを簡単に初期化できます。以下は、TIM1 チャネル 1 を例とした、PWM 初期化コード スニペットの例です。
htim1.インスタンス=TIM1;
htim1.Init.Prescaler=0;
htim1.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;
htim1.Init.Period=8399; // PWM 周波数を 20kHz に設定します。
htim1.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse=0; // 初期デューティ サイクルは 0% に設定されます
sConfigOC.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
サーボ制御アルゴリズムの実装について説明します。サーボ制御は通常、位置、速度、電流の 3 つのループ制御戦略に基づいています。-この戦略により、システムは位置、速度、電流からのフィードバックに基づいてサーボ モーターを正確に制御できるようになります。
PID コントローラは、誤差演算により比例制御、積分制御、微分制御を行い、PWM 信号を生成します。タイマー割り込みでは、エンコーダーの位置を読み取り、誤差を計算し、PID_Update 関数を呼び出して位置コントローラーと速度コントローラーを更新します。最後に、電流コマンドに基づいて PWM 信号のデューティ サイクルが調整され、サーボ モーターの正確な制御が実現されます。
主要なパラメータを調整するときは、システムの動的特性、安定性、応答速度の要件を総合的に考慮する必要があります。
- 位置ループパラメータの調整: まず、システムがわずかな振動を示し始めるまで Kp を徐々に調整し、それからシステムの安定性と応答速度を確保するために臨界値の 60% に設定します。
- 速度ループ設計の考慮事項: 高速かつ正確な速度制御を確保するために、速度ループの帯域幅は通常、位置ループの帯域幅の 5 ～ 10 倍に設定されます。
- 電流ループ処理: 通常、電流ループの応答速度が最も速く、ほとんどの場合、この処理はサーボ コントローラーによって内部で自動的に処理されます。
ハードウェアおよびソフトウェアの設計プロセスでは、システムの安定性と信頼性を確保するために、さまざまな潜在的な干渉要因に対処するための対策を十分に検討し、実装することが不可欠です。 PCB 設計段階では、単一点接地方法を採用して、モーター電源と信号グランドを効果的に分離することが重要です。-さらに、信号干渉防止機能を強化するために、PWM 信号線にはツイストペア ケーブルまたはシールド ケーブルを使用する必要があります。-エンコーダ信号入力には、ノイズを除去するための RC フィルタ回路 (100Ω 抵抗と 100pF コンデンサの組み合わせなど) を推奨します。
ソフトウェア設計では、エンコーダ読み取り値のノイズ除去に特別な注意を払う必要があります。システム パフォーマンスに対するノイズの影響を最小限に抑えるために、移動平均フィルタリング アルゴリズムを推奨します。
サーボシステムを構築しましょう