文章目录
- 什么是音圈电机？
- 二、硬盘音圈电机
- 三、音圈电机改装
- 四、控制和代码设计
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- 4.1 pid实现控制对象
- 4.2 参数调整
- 4.3 其他应用
- 总结
什么是音圈电机？
音圈电机(Voice Coil Motor)它是一种特殊形式的直接驱动电机。它具有结构简单、体积小、速度高、加速响应快等特点。其工作原理是将电线圈（导体）放置在磁场中，力的大小与施加在线圈上的电流成比例.基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧（摘自百度百科） 音圈电机最常用的应用应该是喇叭，如下图所示，线圈可以随着磁场中电流的变化而变化 
二、硬盘音圈电机
在硬盘上，音圈电机可以根据磁道信息判断磁头的位置，并在很短的时间内准确定位在计算机指令指定的磁道上。作者不知道他使用了什么定位算法，但有一件事可以确定，定位需要位置反馈。
三、音圈电机改装
作者在淘宝上买了十多块硬盘，音圈电机拆卸如下图所示。位置反馈使用2000线光编码器，也可以使用电位器作为位置反馈，效果差，容易受到环境噪声的干扰。D将电机与编码器的连接部分打印出来。 组装在一起后，如下图所示
四、控制和代码设计
接下来，进入控制设计部分，简要介绍伺服闭环控制，伺服系统有电流环、速度环、位置环，三个环串联形成串联PID控制系统，最内环为电流环，最外环为位置环，外环输出为内环设定值。无论是定位还是控制速度，最终的控制都是电流，所以预计电流可以自由控制。在伺服系统中，三相电流需要根据相差120°可用于产生旋转磁场foc实现电流模式，即扭矩模式，在音圈电机中的情况要简单得多，不需要任何复杂的foc而旋转磁场，直接给电机供电是电流模式，大小和方向可以自由切换，笔者使用了这个项目TB67H450芯片驱动电机，可以根据输入的电压控制信号控制电机的电流。内部有一个比较器，可以保证电压和电流之间的对应关系。即使电机阻抗发生变化，内部比较器也会增加电压，实现电流恒定。这可能是直接的原理pwm控制没有这种效果。可以认为TB67H450芯片控制电流环，程序只能实现速度环和位置环
4.1 pid实现控制对象
将pid抽象控制器TargetPID类，结构中的数据是操作成员的变量，外部接口函数是变量操作的方法，使用c模仿c 简单实现面向对象的思想，方便创造多个思想pid控制对象，实现速度环、位置环，甚至多个伺服电机
typedef struct {
float goal_val; float input_val; float out_val; float last_out_val; float integral_i; float Kp; float Ki; float Kd; /* interface */ float (*getFeedbackVal)(); }TargetPID; float PID_Control(TargetPID *target); void PID_SetGoalVal(TargetPID *target, float goal_val); void PID_SetPidPara(TargetPID *target, float kp, float ki, float kd); pid使用绝对式控制器算法pid算法，输入被控对象
/** * @brief pid控制核心函数 * @param target 控制对象 * @return pid控制输出量 */ float PID_Control(TargetPID *target) {
float bias = 0; target->input_val = target->getFeedbackVal(); //采集输入 bias = target->goal_val - target->input_val; target->integral_i += bias; target->out_val = target->Kp * bias + target->Ki * target->integral_i + target->Kd * (bias - target->last_out_val); target->last_out_val = bias; if (target->integral_i > MAX_INTEGRAL_VAL) //积分限幅 {
target->integral_i = MAX_INTEGRAL_VAL; } if (target->integral_i < -MAX_INTEGRAL_VAL) {
target->integral_i = -MAX_INTEGRAL_VAL; } if (target->out_val > MAX_OUT_VAL) //输出限幅 {
target->out_val = MAX_OUT_VAL; } if (target->out_val < -MAX_OUT_VAL) {
target->out_val = -MAX_OUT_VAL; } return target->out_val; } 4.2 参数调整
创建速度环和位置环对象后，在主函数循环执行pid控制函数就可以实现位置闭环，麻烦的是参数调整，先给一个居中的位置值作为位置环目标值，先从速度环开始，从很小的数开始慢慢往上加，位置环也是如此，用手触碰电机，其鲁棒性较好即可，实际调整发现参数范围很广都可以稳定运行，根据需要调整位置环比例可得到不同位置环刚度。
4.3 其他应用
为了实现一些比较好玩的功能，在此系统中，我使用的都是纯比例控制。 1、实现阻尼效果： 将位置环比例、积分、微分都设为0，调整速度环比例，慢慢加大阻尼效果增强，因为位置环比例为0时，相当于位置环没有工作，处于速度模式，且速度环的目标值为0，用手拨动电机能感受到明显阻尼，速度越大阻力越大 2、作为体感遥控器使用 使用编码器的位置输出去控制其他执行器，比如机械爪，在机械爪安装力传感器，并将夹持力反馈到音圈电机，人就能感受到机械爪夹到了物体，在工业或娱乐游戏场景可以应用
总结
最后展示下最终的控制效果，正弦位置测试 对了，项目代码已全部开源GitHub下载地址，上面提到力控机械爪项目后面会陆续更新。 以上就是本篇博客的全部内容，若文中有不足之处，欢迎大家的批评指正！