[参考译文] MCT8316Z：请求帮助以降低转速低转速设置上的纹波

您好、Randy、

图片上有3个波形、没有任何介绍、我不知道它们是什么。 中间速度是电机速度吗？

Brian

您是否使用 FGOUT 进行速度反馈-- FGOUT_SEL 的值是多少？ 还是使用编码器？

速度为200rpm 或每秒3.3转速时速度相当慢、因此在精确速度下控制速度会更困难、这一切都取决于 PID 环路中 P 和 I 的增益设置。 您如何测量速度反馈-脉冲的频率或周期？

P.S. 电机有多少个极对？ 高极点将提供高 FGOUT 分辨率、以实现更好的速度控制。

低速时、测得的周期优于测得的速度反馈频率。

Brian

您好 Brian、  

控制环路使用每转242个编码器条带的光编码器。 显示的图中有一个图例、但很难看到- RPM 是红色波形、其波形更像正弦波形、约为200RPM。 电机是一款 Maxon EC 20系列5瓦 BLDC 器件、具有4个极对。

您好、Randy、

这似乎您在 PID 中没有足够的增益。 当增加更多增益时会发生什么情况？

242条编码器线路看起来很奇怪；定制编码器？ 如何测量电机转速？ 是否按增量时间读取增量正交编码器计数、或测量编码器脉冲周期？ 您是否使用正交计数或仅对脉冲进行计数？

Brian

您好 Brian、

光学编码器是定制的。 电机速度通过计算光学编码器计数并除以时间来计算。 我们使用正交计数、这样我们实际上每转具有968个计数。 尝试更改控制环路 P 和 I 系数、以使其尝试抑制纹波、这需要付出一些努力。 到目前为止，这种情况没有显著改善。 请注意、我们还有一个双范围电机电压。 在低速(低于600RPM)时、我们为电机功率选择5V、在更高的速度(> 600RPM)下、电机电压设置为14V。  

您好、Randy、

因此、5%的速度误差是不可接受的。 您的速度规格是多少？ 瞬时和累积误差？

Brian

您好 Brian、

电机是一种将小激光点指向皮肤表面的面光轮。 好消息是、细调光编码器允许激光器在车轮上的正确位置发射。 我们根据设置的标称轮速计算激光火灾脉冲的宽度。 在电机 RPM 的正峰值处、可用的侧向时间比预期的时间短5%、我们可以开始使用激光束撞击侧向的边缘。 控制环路可以很好地保持平均速度非常精确(在1%左右)、但我们希望纹波尽可能小。 我们的传统产品在整个范围(200RPM 至6000RPM)内提供低纹波方面实际上做得比这更好、但控制器已停产、电机具有更大量的极点、这很可能会有所帮助。 如果我们不能做得更好、我们可能能够生活在+/-5%的水平上、但我们希望了解还能做些什么。

为了实现最佳速度控制、您可能需要考虑使用锁相环而不是编码器计数。

假设在200rpm 时、您希望将轴编码器信号锁定到200/60*242 = 806.67Hz 的合成时钟；806整数对于计数器而言很容易、而67,100分频值可以通过时钟脉冲抖动更快6倍、更慢10倍来完成。

定时器计数器可用于测量时钟边沿和编码器边沿之间的相位误差、然后使用 PID 将相位误差保持为零或恒定。 然后你把电机锁定到生成的时钟上--非常精确。

Brian

速度采样时间是多少？  

Brian

我们可以设置 RPM 计算器的更新速率。 现在、我们使用800Hz。

因此电机转速为200/60*242*4/800 =每个样本4次。 因此速度误差分辨率太粗- PWM 输出的偏差为4或25%的其中一个，这可能会导致您所观察到的速度振荡。 将采样时间减至200Hz 将使速度测量提高4倍。 这种方法对于电机高速运转是可以的、但我认为对于低速运转、测量编码器周期更好(误差更小)。  

Brian  

感谢您的建议-我将尝试一下。

您好 Brian、

一个实验是给车轮增加大约60克的额外重量(目前只有10克)。 这导致纹波显著降低。 我认为、当绕组通过每个极点(即反电动势)时、我们相对较低的旋转惯性会产生大量纹波。 我们不能轻易地为车轮增加如此多的额外重量来解决这一问题、但这是一个有益的见解。 下一种方法是查看我们是否可以加快 MCT8316强制功能的响应、因为它接收到输入 PWM 的命令变化。 纹波频率仅为30Hz -可能希望控制环路能够在一毫秒左右的时间内做出响应、从而能够抑制纹波。 我已附上原理图和更好的纹波图-我能否通过减小 ILIM 引脚上的电容器来加快响应速度？

否 电容是用于分压器的滤波器、用于设置电流限制-直流电平；它与电机对 PWM 变化的响应无关。

是的、您可以向负载添加更多惯性以获得更好的稳定性、但惯性负载越高也会降低电机响应速度、例如、当您想要更改电机速度时。

正如我之前所说的，使用编码器计数/增量时间--在200rpm 时为4个计数--速度测量将有太多误差--在这种情况下，由于量化误差，误差为25%。 我建议使用计时器计数器来测量编码器脉冲周期、并且误差很小、因为在本例中计数器时钟频率非常高- MHz。 我认为纹波是由测量的电机转速在4和3之间波动引起的。

Brian

您好 Brian、

事实证明、即使只有242个光学条、读取器也能提供正交输出、因此我们最终每转分辨率为968个计数。 在200RPM 时、我们最终得到每200Hz 采样间隔16.1个正交计数、因此+/-1计数将大约有+/-7.5%的误差。 +/-7.5%的误差肯定是有问题的、可能会解释伪迹。 但是、在这种情况下添加66克重量不应产生任何影响。  

Brian、

还有一点信息是 RPM 计算器与我之前了解的不同。 事实证明、我们的系统在每次编码器转换时都计算100Mhz 时钟驱动器。 转速分辨率在200RPM 时实际上仅为1rpm 的一小部分。  

您在上一篇文章中说过800Hz 速度测量采样时间、这就是我为每个样本写入4个计数的原因。

与周期测量速度方法相比、7.5%的速度误差仍然太大、这取决于时钟。 示例：在100Mhz 计数器时、编码器的周期为：  

在200rpm 时、编码器频率为806.7Hz；计数器计数的周期为100Mhz / 806.7 = 123961、其中1个计数误差或0.0008%误差、优于7.5%误差。

Brian

编码器计数器的100Mhz 时钟与编码器计数分辨率无关、编码器计数分辨率由242x4每转定义、无论时钟周期如何。

很抱歉、您提供了错误信息。 800Hz 更新速率是正确的、但它们不会通过按固定时间间隔除以编码器计数来计算 RPM。 相反、RPM 计算器会测量每个编码器计数的已用时间量(以100Mhz 为单位)、并提供一些滤波功能、以便800Hz 下的 RPM 更新具有比仅测量固定800Hz 采样时间周期内的编码器计数更好的分辨率。  

无论如何、伪迹不是由光学编码器分辨率引起的-为滚轮增加质量的实验支持此断言。 考虑到我们不可能作为解决方案增加大量质量、 我认为唯一的解决方案是使 MCT8316能够使电机对 PWM 输入的变化做出相当快的响应、或者可能进入具有更多磁极或类似情况的电机。  

等待、那么现在您说电机速度是每个编码器计数的 clk 节拍数吗？ 那么、您如何仅获得16个计数？

请注意、处理器计算出的200rpm 电机转速是多少？ 16或其他什么？

如果速度是每个编码器计数的时钟节拍数(而不是编码器信号脉冲)、那么如何获得该242x4Hz 信号来触发计数器捕捉功能？

Brian

Brian、

感谢您的所有意见。

Randy、

如果需要进一步的帮助、请告知我们。

此致、

Vishnu