本文图片来源：贝加莱
作者 | Frank J. Bartos
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电机驱动技能、功率开关晶体管和微处理器、掌握繁芜度、软件影响以及机电一体化，一贯是运动掌握技能发展的主要领域。
”
大概在过去的60多年里，电机驱动与运动掌握领域发展的步伐可能已经放缓了，但关于那些成熟技能的创新仍在连续。估量以下这五个领域的进步将会持续推进电机驱动与运动掌握行业的发展。
1电机驱动技能的进步
电机驱动技能为环球无数的制造和生产线供应可靠的动力保障。随着韶光的推移，这一领域最大的发展之一便是变频器，可以为工业领域的互换感应电动机供应可靠的速率和转矩掌握。新型变频器能够掌握永磁互换同步电机，从而增加了其功能的多样性。伺服和步进驱动器，在各种类型的伺服和步进电机的转矩和位置掌握方面取得了显著的性能改进。它们以各自较低的功率范围对运用处景进行补充。
硬件和软件创新是这些电机驱动发展的推动力。紧张的硬件开拓，包括电源开关晶体管和微处理器。软件创新包括新的软件工具的开拓，这些工具可以完成以前不可能实现的繁芜掌握算法。随着可用性的提高，软件还使电动机驱动变得对用户更加友好。
特殊是大幅减少了变频器的规格尺寸和重量。大体积的机柜让位于紧凑的电子外壳，这些外壳可以安装在电动机附近，以适宜特定的制造工厂布局，有的乃至可以安装在电动机上，详细取决于不同运用的电源需求。
1990 年代，曾涌现了一类所谓的“微型驱动器”，个中有一个型号乃至只有0.19kW，可以放在技能职员的衬衫口袋中。是的，这是不切实际的运用，但却形象的解释了事事都有可能。伺服驱动器和步进驱动器也得益于持续不断的电子掌握小型化。
2 功率开关设备和微处理器调节输入电流/ 电压波形以进行电机掌握的功率开关晶体管是电机驱动装置的核心。在早期的驱动中，可控硅整流器（一种固态开关）和栅极关断晶闸管（功率半导体）起着电源开关的浸染。它们代表着成熟技能，并且仅在某些大功率驱动器运用中才能看到有限的运用。
随着打算机和数字技能的迅猛发展，电机驱动逐渐转移到基于数字微处理器（MPU）的设计中，这种设计至今仍旧霸占着主导地位。新涌现的一种新型半导体——绝缘栅双极晶体管（IGBT），已成为当今电机驱动的紧张功率开关器件。IGBT 结合了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）输入和双极晶体管输出的最佳特性。其它功能还包括，因绝缘栅带来的快速切换功能和更低的损耗。例如，IGBT 的进步带来了更快的开关速率和在更高电压下运行的能力。
微处理器和数字旗子暗记处理器（DSP）的功能在不断提高。更高的打算速率可以更快地相应负载动态，并可以与运动系统的其它部分进行近乎实时的通信。内存可以将更多容量压缩到微芯片中，从而在软件和硬件中实现更繁芜的运动掌握算法。
3 掌握繁芜度
多功能互换变频器供应3 种紧张的电机掌握方法。开环掌握是第一个且最大略的方法。它供应合理的速率调节，并且无需反馈装置即可运行。磁通矢量掌握（FVC）处于变频器性能的最高水平，并具有多种变革。磁场定向FVC 通过对产生磁通量和转矩产生电流分量的独立掌握来仿照直流电机和互换电机的特性，从而得到对电机转矩和功率的最佳掌握。FVC 利用反馈设备（常日是编码器）来获取电机轴位置和速率信息。掌握算法依赖繁芜的电机模型，并实现单独的速率和转矩环路。全矢量掌握可以在低速（有时乃至靠近零转速）时供应高扭矩。
在上述两个极度之间的是无传感器矢量掌握（也称为开环矢量掌握，SVC），这是另一种替代方案，可提高开环掌握变频器的低速转矩、速率调节和启动转矩能力。只管SVC变频器无需反馈装置即可事情，但它们可以利用电机电流和电压旗子暗记估算转矩电流、励磁电流以及它们之间的矢量关系，以实现对电机的精确掌握。它们还依赖于准确的电机模型。较新的变频器能够供应上述所有掌握类型，乃至包括在某些运用中很有用的开环掌握。
4 软件的影响
这些公式和电机模型很早以前就存在了，但是它们在动态运动掌握程序和算法的软件中的运用是直到打算机遍及之后才实现的。同时，在运动掌握器和变频器运用中所利用的MPU、数字旗子暗记处理器和微芯片，其性能也在不断提高，使得更高的实行速率和巨大的内存增长成为可能。在同一个变频器中，可以集成上面提到的多种电机掌握拓扑，经济上也更合理。一个大略的软件参数变更，即可变动掌握模式。
▎通过适当软件进行的打算机仿真，可以在构建硬件之提高行虚拟原型机测试，以评估不同的运动掌握系统设计。图片来源：安川电机
运动掌握软件的另一个好处是可以帮助设置变频器和电机，尤其是伺服驱动器。仿真是软件创新的另一个领域。它许可在构建硬件之前，用软件对运动掌握系统进行“虚拟原型机”。
5 机电一体化
传统上，机器和电子系统是物理上分开的单元。1990 年代中期，当电机和掌握集成大规模涌现时，运动掌握领域也发生了巨大的变革。许多制造商推出了一系列产品：首先是将互换感应电机和变频器集成，即所谓的集成电机。然后，类似的组合单元，还可包含伺服和步进电机及其各自的掌握器。
▎机电一体化的紧张示例是将电机和变频器组件组合到一个封装中。集成步进电动机的分解图展示了该技能， 该技能也适用于其它类型的电机。图片来源：Applied Motion
为电机配置机载电子掌握装置可为用户带来各种好处，例如：较低的安装本钱，无需在电动机和变频器之间进行长间隔布线，减少干系导管架，系统组件更少，诊断和掩护更随意马虎，掌握架构也更大略。但是，集成电动机的成功率低于预期，紧张问题出在感应电动机和变频器领域。只管如此，这些感应电动机/ 变频器组合仍有一定的市场，最大功率可达22kW，可用于适当运用和稠浊动力掌握架构。
关键观点：
更高的打算速率可以与运动系统的其它部分进行近乎实时的通信。
通过大略的软件参数设置，就可以实现运动掌握模式的变动。
为电机配置机载电子掌握装置可户带来各种好处。
思考一下：
您希望进行哪些关键功能开拓来推进运动掌握优化？
