控制电路设计与制作实训总结

控制电路设计的准备

面对”对的时间”之前，还有一项“送电”的事前工作需准备，也就是需要确定驱动电路。它所担任的角色是如何设计可控制的供电系统，它需要具以下信息，以确保可线路板设计和散热设计，电子元器件等硬件满足系统需要。

供电能力大小，需与电机的规格相匹配。

接收控制命令操作，需与控制器搭配。

电源传输效率，信号及电源可正常传输，不受到其他信号或电磁波干扰。

系统置于操作环境下，是否可以正常运作。

安全防护能力。

有了完善的驱动电路后，才能确定“对的时间”，虽然使用时间是名词，但其真正表示的意思为“位置”，即为电机转子的旋转的相对位置，或可称为角度。

Τ=1/2π·I·L·D^2·N·Sin(δ)

以上方程式为电机转矩公式，其中Sin(δ)表示电机的电流与磁场的夹角，当Sin(90°) =1为最大值，Sin(0°)=0为最小值，在”对的夹角位置“输送”电流“给电机，才可达到最佳的输出效果。

如何做到“对的时间”

要做到”对的时间”，第一关是获得电机转子正确的位置，即需依赖位置传感器的运用。然而位置判断会受到传感器解析度、安裝位置、信号处理、资料传输、编程计算等产生误差的现象，其可能原因分析如下：

分辨率度不足会导致传感器无法直接标示出该送电的位置点，需要再经由信号处理的技巧间接求得。

若具备有充分解析度的传感器，则无须担心安裝问题，反之若安裝位置偏差亦无法直接标示正确位置点。

传感器所提供的为电子信号，使用上是以观察电压位准变化来判断位置变化，然而所有电压位准的变化，事实上都是依赖电流传输來达成的。传感器电路中，常加入电容來进行滤波及稳压等工作，稳定电压位准，但亦会影响电流工作时间，使电压位准需要较长的变化时间，产生延迟的现象。

经由传感器所获得之电子信号，需传输至控制器方可使用，然后，在控制电路板上会具有电容及电感元件，影响电子信号进入控制器的时间。

位置信号进入控制器后，可能还需要经过运算或是处理，或是要等其它程序先跑完等因素，导致无法立即性对位置信号做出反应。

以上列出几项较常见之发生原因作为参考，获得正确的位置信息后，则要送入”电流”进入电机，需注意”对的时间”是指电流进入电机运作的时间，电机可视为电感性元件，会导致电流进入电机的时间大幅延后。事实上，电机內的电感值，会受到流入电流大小及电源切换频率(转速)而改变，因此在不同的转速下，电流延迟时间亦会产生变化。

另外也要注意从控制器接收位置信号，到处理完成输出控制命令的所需时间，还有开关元件的响应时间及频宽问题，都有可能导致送入电流的时间受到影响。

如何做到好的驱动

确保信号的传速速率：信号的延迟已为必然的結果，但若延迟的速率为固定且已知，则可由硬体或是软件方式去补偿；由于方程式中的计算函数为Sin(δ)，故差异角度不大，则其计算值仍非常接近1，影响并不大。能有效地确保信号传速，则需依靠电路设计之能力，包括各项电子元件的选配、电源能量配置及电路布线规划等等。

软件编程能力：电机驱动程式对于控制器的负担并不大，但控制器同时需处理许多工作，因此权重、顺序及注意掌握运算的时间。若选择高階的控制器，其运算反应速度快，不需要担心彼此拖累时间的問題。对于低階的控制器，则连程式编译需注意，可能需要直接使用组合语言撰写程式码，以达到最短的程式执行时间。

电机系统整体理解性：做电机驱动仍需对电机要有深刻性的理解，目前电子电路系統大多是针对电压信号作控制及处理，一来电流值并不大，二来考虑电流产生的损失及电磁波影响。电机系统中，电流才是转矩力量的直接來源，观察电流的变化重要性远远超过电压。电机內的电感及产生的电磁波都远大于电子电路系统，若考虑不适当，很有可能反灌至驱动电路中直接造成不良影响。再者，电机所处的使用环境较为严苛，若要将电路直接置于电机內部时，需特別注意。

结论

根据电机的应用，控制器可以提供不同的功能，它们有助于电机在低电压条件下启动，允许多种速度或反向控制操作，防止过电流和过载故障，并执行各种其他功能。一些复杂的电机控制装置也有助于有效控制电机的速度和扭矩，也可能是负责电机驱动机器精确定位的闭环控制系统的一部分。

责任编辑：彭菁