ZHCADY5 April   2024 DRV8214 , DRV8234

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言：对无传感器设计的需求
  5. 2纹波计数 − 概念
    1. 2.1 纹波计数算法详细信息
  6. 3案例研究：机器人滚轮驱动
    1. 3.1 机器人滚轮电机工作条件
    2. 3.2 纹波计数参数调优
      1. 3.2.1 电阻参数
      2. 3.2.2 KMC 和 KMC_SCALE
        1. 3.2.2.1 KMC_SCALE 调优
        2. 3.2.2.2 KMC 调优
    3. 3.3 具有纹波计数功能的机器人滚轮电机
      1. 3.3.1 浪涌和稳态性能
        1. 3.3.1.1 电机转速计算
      2. 3.3.2 软启动
      3. 3.3.3 负载条件
  7. 4挑战和权变措施
    1. 4.1 平均电流过低
    2. 4.2 停止期间的电机惯性
    3. 4.3 浪涌
    4. 4.4 高负载条件
  8. 5总结
  9. 6参考资料

2 纹波计数 − 概念

纹波计数的工作原理是检测 BDC 电机的电枢绕组换向过程中出现的电流纹波。换向是 BDC 电机绕组内的电流反向过程，旨在确保电机扭矩在电机运行期间保持在同一方向。与换向器配合使用的接触电刷会导致电机绕组发生瞬时短路，这些短路会在观察到的电机电流波形中表现为纹波。每次换向对应一个纹波。因此，计算电机旋转一周内的纹波数量有助于估算电机相对于初始位置的位置。

GUID-20240321-SS0I-TXSC-Z0D0-BRFX8459NGMQ-low.png图 2-1 具有 2 个电刷和 3 个换向器的直流电机结构

测量单位时间内的纹波可提供纹波速度（或纹波频率）ωR（以 Hz 为单位）。若要转换为 rad/s，请使用以下公式：

方程式 1. ω R   ( i n   r a d / s ) = ω R   ( i n   H z ) × 2 π

知道换向片和电刷的数量后，即可通过将纹波频率除以每转纹波数来计算电机转速 ωM。每转波纹数 NR 的计算方法是取电刷数 (NB) 和换向片数 (NC) 的最小公倍数 (LCM)。

方程式 2. N R = L C M N B , N C

因此，电机转速的计算公式如下：

方程式 3. ω M   ( i n   r a d / s ) = ω R   ( i n   r a d / s ) N R
方程式 4. ω M   i n   r p m = ω M   ( i n   r a d / s ) × 60 2 π

请注意，可以使用在线 LCM 计算器轻松计算 LCM。

例如，从图 2-1 中，我们看到 NB=2，NC=3。因此，NR = LCM(2,3) = 6。这一数值可以通过逻辑得到验证，因为每个电刷在每转中使每对换向片短路一次。有 2 个电刷和 3 个换向器会导致每转发生 6 次短路。因此，每转有 6 个纹波。图 2-2 显示了 100% 占空比稳态运行期间的电流波形示例。

GUID-20240325-SS0I-VGS3-NFRZ-XBLWZ9LWFZSX-low.svg图 2-2 存在纹波的有刷直流电机电流波形