音圈电机伺服驱动器与运动机构设计

3 音圈电机的控制策略

　　“控制”可以定义为一个系统中一个或多个输出量产生影响的结果，其特征是开环作用路径，即控制链路。“调节”是在一个系统中，对被调节量连续不断地进行检测，与基准量进行比较，并从与基准量平衡补偿的意义上对该被调量产生影响的过程，其特征是闭环作用路径，即调节回路。音圈电机伺服控制采用两闭环控制，内环为速度流环，外环为位置环。如图5所示。

3.1 音圈电机速度环

　　驱动器速度环以位置为调整目标，时刻检测音圈电机的位置信息，进而调整速度。因为现实中电机准确定位，用固定占空比控制会导致电机速度随着负载的变化而变化。选用MicroE公司的光栅尺作为反馈回路的反馈传感器。MicroEMTE系列微型读数头，增强型的分辨率0.5μm，标准型的分辨率为1μm。对速度反馈量做PID算法占空比可以实现速度闭环。如图6。

3.2 音圈电机电流环

　　电流闭环模式下驱动器以转矩为调整目标，使得电机能以最大转矩转动。电流环的作用主要是2个，一是启动过程的加速，二是对电机最大工作电流的保护。

4 实验结果分析

4.1 开环测试

　　音圈电机在开环控制下，输入阶跃信号，输出跟随的能力如图7。

　　在开环控制下，音圈电机超调量为20%，响应速度慢，所以无法满足系统的控制精度的要求，所以考虑用闭环控制。

4.2 闭环测试

　　音圈电机在做高速时的速度曲线和位置曲线如图8。

　　在闭环控制下，音圈电机的速度为200mm/s，加速度为5m/s2，位移量为8000个counts。位置超调量<10counts，整定时间5ms时，稳态误差：土4 counts，整定时间10ms时，稳态误差：土1 count。如图9。

5 结论

　　本文采用STM32F103VCT6作为控制器，运用PID算法对音圈电机位置进行了精确控制，最大电流为3A，稳态调整误差为土1 count，最大速度：6m/s，最大加速度5g。最终实现了音圈电机的高加速、高速度、高响应等特性。

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本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第1期第65页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。