提高电机控制效率的技术创新及实战方案推荐

发布时间：2024-09-25 阅读量：2504 来源: 我爱方案网作者: bebop

电机是现代工业自动化不可或缺的重要核心零部件之一。它被广泛应用于众多领域，包括家用电器（空调、冰箱、洗衣机等）、商业空调（楼宇、储能、数据中心等的温控系统）、工业自动化（机床、机器人、输送系统等），以及电动汽车（主驱、空调等）等。

上述应用通常会采用集成度更高、性能更强的微控制器 (MCU) 作为主控，以实现更高的功率效率、更平稳安全的运动以及更高的精度，这类MCU还具有额外性能余量，能够在未来实现可扩展性和支持附加功能。在设计过程中，提前规划可扩展性和附加功能也可以节省成本和时间，降低复杂性。

本文将介绍电机控制行业的创新技术及基于这些技术开发的电机控制案例，以作参考。

近几年，电机控制技术在这几个方面有了一定的技术创新和突破：

1.电机矢量控制算法（Vector Control / Field-Oriented Control, FOC）

矢量控制（Vector Control）：这是一种利用变频器（VFD）控制三相交流电机的技术。通过调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度，来控制电机的输出。

特点：通过实时控制电机的磁场方向，提高了电机的动态响应性能和效率。

2.无传感器控制技术

无传感器控制：通过估算电机的状态变量（如转速和位置），减少对物理传感器的依赖，从而降低系统成本和复杂性。

优点：提高了系统的可靠性和鲁棒性，减少了传感器的故障率。

3.宽禁带半导体材料的应用

碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件：这些材料具有高击穿电压、高热导率和高电子迁移率的特点。

优点：使得电力电子器件能够在更高的频率和温度下工作，从而提高了电机驱动系统的效率和功率密度。

4.高性能微控制器

微控制器：能够以更高的速度和精度执行复杂的控制算法，从而提高了电机控制系统的性能。

应用：在高精度控制和实时响应方面表现优异，如在工业自动化中的精密控制。

5.人工智能（AI）技术的应用

预测性维护：通过AI技术实现预测性维护，提高了电机及控制系统的安全和可靠性。

自适应控制：实现自适应控制，提升电机控制应用层的性能，如洗衣机的衣物称重、防撞筒等。

实战方案推荐：

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四轴伺服电机驱动方案

方案采用的HPM6750系列芯片支持4套电机控制单元，每个单元包括1个PWM定时器，一个正交编码器接口，一个霍尔传感器接口和1个互联管理接口，配合片上提供的数模转换ADC模块和ACMP等外设，可以实现同时控制4个电机。包含1个同步定时器，可以用于4套电机控制单元间进行同步，实现HMI与四轴伺服运动控制，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

高速3D打印解决方案

方案简介：

基于HPM6280高性能CPU，内置FOC算法+H桥驱动芯片，以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制，步进电机速度>1200RPM。该方案是专业为3D打印行业订制，也适合舞台灯光、雕刻机、飞达、横机等行业应用。

方案特点：

该行业定制化方案相比3D打印行业传统TMC控制方案，具有高速打印、低系统成本、高同步性的优势。

机械臂-伺服控制器

方案简介：

基于HPM6280高性能双核MCU, 先进精准控制模块和多达32路PWM的电机控制系统，实现单芯片控制双轴和四轴伺服驱动器，同时也可以驱动音圈电机。该方案非常适合工业机器臂、协同机器人、AGV、服务机器人等行业的应用。

方案特点：

该产品充分利用HPM6200的双核600MHz，支持FPU+DSP指令, 16bit ADC, 数字滤波器, PLA等特点，开发了高性价比的机器人伺服驱动。

MR6450核心板/EPC6450-AWI工控板

方案简介：MR6450核心板是RISC-V核心板，采用完全国产自主的RISC-V内核的HPM6450处理器，主频高达816MHz，内置8MB/32MB SDRAM，8MB Flash。

EPC6450-AWI工控板搭载MR6450-WB32F8AWI-L核心板，将3路CANFD、2路百兆以太网口、1路USB-Host接口、1路DVP数字摄像头等资源悉数引出。

方案特点：

816MHz主频

15路串口

4路CAN FD

2路千兆以太网

支持AWorksLP

应用领域：电机控制、新能源、汽车仪表、医疗仪器、工业PLC、边缘计算、音频设备、人机界面

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