Nedavno su vidjeli kako neki prijatelji igraju razne motore, jer je motor važan za kontrolu, kontrola je stabilna, precizna, brza je krajnji cilj upravljačkog algoritma softverskih inženjera, prije svega, možete igrati neke od zrelijih kontrola Algoritmi za doživljaj, pa evo zbirke ovog sadržaja koji ćete podijeliti s vama.
1.BLDC algoritam upravljanja motorom
Motori bez četkica su samo-računarskog tipa (prebacivanje samo-usmjeravanja) i stoga su složeniji za kontrolu.
BLDC motorna kontrola zahtijeva znanje o položaju i mehanizmu rotora pomoću kojih motor podvrgava upravljanju ispravljanjem. Za kontrolu brzine zatvorene petlje postoje dva dodatna zahtjeva, tj. Mjerenja za brzinu rotora/ili motornu struju i PWM signale za kontrolu snage brzine motora.
BLDC motori mogu imati bilo koji bočni ili usklađeni PWM signale, ovisno o zahtjevima za prijavu. Većina aplikacija zahtijeva samo rad brzine i koristit će 6 zasebnih PWM signala usklađenih bočnih bočnih bočnih bočnih bočnih bočnih bočnih bočnih bočnih. To pruža najveću rezoluciju. Ako aplikacija zahtijeva pozicioniranje poslužitelja, energetsko kočenje ili preokret energije, preporučuju se dodatak PWM signalima s PWM-om.
Da bi osjetili položaj rotora, BLDC motori koriste Hall Effect senzore kako bi osigurali apsolutno senzor položaja. To rezultira korištenjem više žica i većih troškova. BLDC kontrola bez senzora eliminira potrebu za Hall senzorima i umjesto toga koristi motornu kontra elektromotivnu silu (elektromotivna sila) za predviđanje položaja rotora. Kontrola bez senzora kritična je za jeftinu primjenu promjenjive brzine poput ventilatora i crpki. Kontrola bez senzora također je potrebna za kompresore hladnjaka i klima uređaja kada se koriste BLDC motori.
Umetanje i dodatak vremena bez opterećenja
Većina BLDC motora ne zahtijeva komplementarno PWM, umetanje vremena bez opterećenja ili naknadu vremena bez opterećenja. Jedine BLDC aplikacije koje mogu zahtijevati ove značajke su BLDC servo motori visokih performansi, sine valni pobuđeni BLDC motori, AC bez četkica ili Sinkroni motori PC -a.
Algoritmi kontrole
Mnogo različitih kontrolnih algoritama koriste se za kontrolu BLDC motora. Obično se tranzistori napajanja koriste kao linearni regulatori za kontrolu napona motora. Ovaj pristup nije praktičan pri pokretanju motora velike snage. Motori velike snage moraju biti kontrolirani PWM-om i zahtijevaju mikrokontroler za pružanje pokretanja i upravljačkih funkcija.
Algoritam upravljanja mora pružiti sljedeće tri funkcije:
PWM napon za kontrolu brzine motora
Mehanizam za ispravljanje i putovanje motorom
Metode za predviđanje položaja rotora pomoću obrnute elektromotorne sile ili Hall senzora
Modulacija širine impulsa koristi se samo za primjenu varijabilnog napona na namote motora. Učinkovit napon proporcionalan je ciklusu PWM -a. Kada se dobije pravilna komutacija ispravljača, karakteristike brzine momenta BLDC su iste kao one nižeg istosmjernog motora. Promjenjivi napon može se koristiti za kontrolu brzine i promjenjivog okretnog momenta motora.
Komutacija tranzistora snage ostvaruje pravilno namotavanje u statoru kako bi stvorio optimalni okretni moment prema položaju rotora. U BLDC motoru MCU mora znati položaj rotora i biti u stanju da u pravom vremenu može zaposliti ispravljač.
Trapezoidni ispravljač komutacije za BLDC Motors
Jedna od najjednostavnijih metoda za BLDC motore je korištenje takozvane komutacije trapezoidnog ispravljača.
Pojednostavljeni okvir za kontrolere ljestvica za BLDC motore
U ovoj shemi, struju treba kontrolirati svaki put par motornih terminala, dok je treći motorni terminal uvijek elektronički isključen od napajanja.
Tri uređaja Hall ugrađena u veliki motor koriste se za pružanje digitalnih signala koji mjere položaj rotora u sektoru stupnja 60- i pružaju ove podatke na kontroleru motora. Budući da je struji protok jednak na dva namotanja istovremeno, a nula na trećem, ova metoda proizvodi trenutni vektor svemira sa samo jednim od šest zajedničkih smjerova. Kako se motor upravlja, struja na motornim terminalima električno je prebačena (ispravljena komutacija) jednom na 60 stupnjeva rotacije, tako da je trenutni vektor svemira uvijek na najbližim 30 stupnjeva faze od 90 stupnjeva.
Trapezoidna kontrola: pogonski oblik vala i okretni moment pri ispravljanju
Trenutačni valni oblik u svakom namotu je stoga trapezoidan, počevši od nule i ide na pozitivnu struju, a zatim na nulu, a zatim do negativne struje.
To stvara trenutni vektor svemira koji će se približiti uravnoteženoj rotaciji dok se pojačava u 6 različitih smjerova s rotacijom rotora.
U motoričkim aplikacijama poput klima uređaja i smrzavanja, upotreba Hall senzora nije konstantna. Senzori obrnutog potencijala inducirani u nevezanim namotima mogu se koristiti za postizanje istih rezultata.
Takvi sustavi trapezoidnog pogona vrlo su česti zbog jednostavnosti njihovih kontrolnih krugova, ali oni pate od problema s valovima zakretnog momenta tijekom ispravljanja.
Sinusoidna ispravljena komutacija za BDLC motore
Trapezoidno ispravljač nije dovoljan da osigura uravnoteženu i točnu kontrolu istosmjernog motora bez četkice. To je uglavnom zbog činjenice da je okretni moment generiran u trofaznom motoru bez četkice (s sinusoidnim valnim kontra elektromotivom) definiran sljedećim jednadžbom:
Osonik okretni moment=kt [irsin (o) + issIn (o +120) + itIn (o +240)]
Gdje:
o Je li električni kut rotirajuće osovine
KT je konstanta momenta motora
Ir, jest i to su fazne struje
Ako su fazne struje sinusoidne: ir {{0}} i 0 sino; Je=i 0 sin (+120 o); To=i0sin (+240 o)
dobit će se:
Osonik okretni moment {{0}}. 5i0*kt (konstanta neovisna o kutu osovine)
Sinusoidno ispravljeni regulator motora bez četkica nastoji voziti tri namota motora čija se tri struje nesmetano i sinusoidno variraju dok se motor okreće. Pridružene faze ovih struja odabrane su tako da će proizvesti glatke svemirske vektore struje rotora u smjerovima pravokutne od rotora s invarijancijom. To eliminira moment pucanja i upravljačkih impulsa povezanih sa sjevernim upravljačem.
Da bi se stvorila glatka sinusoidna modulacija struje motora dok se motor okreće, potrebno je točno mjerenje položaja rotora. Uređaji Hall -a pružaju samo grubi izračun položaja rotora, što nije dovoljno za tu svrhu. Iz tog razloga potrebne su kutne povratne informacije s kodera ili sličnog uređaja.
Pojednostavljeni blok dijagram BLDC motora sine valoviti regulator
Budući da se namotane struje moraju kombinirati kako bi se stvorio glatki svemirski vektor struje konstantnog rotora, a budući da je svaki od namota statora postavljen pod kutom od 120 stupnjeva, struje u svakoj žičanoj obali moraju biti sinusoidne i imaju fazni pomak od 120 od 120 stupnjevi. Podaci o položaju iz kodera koriste se za sintetiziranje dva sinusna vala s faznim pomakom od 120 stupnjeva između dva. Ti se signali pomnože s naredbom okretnog momenta tako da je amplituda sinusnog vala proporcionalna potrebnom okretnom momentu. Kao rezultat toga, dvije naredbe sinusoidne struje su pravilno postupno u fazi, stvarajući tako rotirajući vektor strujnog prostora statora u pravokutnom smjeru.
Naredba sinusoidne struje signalizira kako izlazi par PI kontrolera koji moduliraju struju u dva odgovarajuća motorna namota. Struja u trećem namotu rotora je negativna zbroj kontroliranih vijugavih struja i stoga se ne može kontrolirati odvojeno. Izlaz svakog PI regulatora šalje se PWM modulatoru, a zatim na izlazni most i dva motorna terminala. Napon primijenjen na treći motorni terminal izvedena je iz negativnog zbroja signala primijenjenih na prva dva namota, na odgovarajući način korišteni za tri sinusoidna napona razmaknuta od 120 stupnjeva.
Kao rezultat, stvarni valni oblik izlazne struje precizno prati signal naredbenog signala sinusoidne struje, a rezultirajući strujni vektor svemira se glatko rotira kako bi se kvantitativno stabilizirao i orijentirao u željenom smjeru.
Rezultat upravljača stabilizirane kontrole sinusoidnog ispravljača ne može se postići upravljanjem trapezoidnim ispravljačem općenito. Međutim, zbog velike učinkovitosti pri malim brzinama motora, odvojit će se pri velikim brzinama motora. To je zbog činjenice da, kako se brzina povećava, trenutni kontroleri povratka moraju pratiti sinusoidni signal sve veće frekvencije. Istodobno, oni moraju prevladati kontra elektromotivnu silu motora koja se povećava u amplitudi i frekvenciji kako se brzina povećava.
Budući da PI kontroleri imaju konačni dobitak i frekvencijski odziv, vremenski invarijantni poremećaji u trenutnoj kontrolnoj petlji uzrokovat će zaostajanje faze i pogreške pojačanja u struji motora koje se povećavaju s većim brzinama. To će ometati smjer trenutnog svemirskog vektora u odnosu na rotor, uzrokujući tako pomak iz smjera kvadrature.
Kad se to dogodi, manje okretnog momenta može se proizvesti određenom količinom struje, tako da je za održavanje okretnog momenta potrebno više struje. Učinkovitost se smanjuje.
Ovo smanjenje nastavit će se kako se brzina povećava. U nekom trenutku, fazni pomak struje prelazi 90 stupnjeva. Kad se to dogodi, okretni moment se smanjuje na nulu. Kroz kombinaciju sinusoida, brzina u ovoj točki gore rezultira negativnim okretnim momentom i stoga se ne može ostvariti.
2.AC motorni algoritmi
Skalarna kontrola
Skalarna kontrola (ili V/Hz kontrola) jednostavna je metoda kontrole brzine naredbenog motora
Model stabilnog stanja naredbenog motora uglavnom se koristi za dobivanje tehnologije, tako da prolazne performanse nisu moguće. Sustav nema trenutnu petlju. Za kontrolu motora, trofazno napajanje varira samo u amplitudi i frekvenciji.
Kontrola orijentacije vektora ili orijentacije magnetskog polja
Okretni moment u motoru varira kao funkcija magnetskog polja statora i rotora i vrhova kada su dva polja jedno drugo pravo. U skalarnoj kontroli, kut između dva magnetska polja značajno varira.
Vector Control uspijeva ponovno stvoriti ortogonalnost u AC motorima. Da bi se kontrolirao zakretni moment, svaki stvara struju iz generiranog magnetskog toka kako bi se postigla reaktivnost DC stroja.
Vektorska kontrola motora s AC -om slična je kontroli zasebno uzbuđenog istosmjernog motora. U DC motoru energija magnetskog polja φ F nastala strujom pobude ako je pravokutna za protok armature φa generirana strujom armature IA. Ta se magnetska polja razdvajaju i stabiliziraju jedni prema drugima. Kao rezultat, kada se armaturna struja kontrolira za kontrolu zakretnog momenta, energija magnetskog polja ostaje ne utječe i realizira brži prolazni odgovor.
Kontrola orijentirana na polje (FOC) trofaznog izmjeničnog motora sastoji se od oponašanja rada istosmjernog motora. Sve kontrolirane varijable matematički se transformiraju u DC umjesto AC. Njegov ciljni neovisni upravljački moment i tok.
Postoje dvije metode kontrole orijentirane na polje (FOC):
Izravni foc: Smjer kuta toka rotora izračunava izravno promatračem fluksa.
Neizravni foc: Smjer kuta toka rotora dobiva se neizravno procjenom ili mjerenjem brzine rotora i klizanjem.
Kontrola vektora zahtijeva znanje o položaju toka rotora i može se izračunati naprednim algoritmima koristeći znanje o terminalnim strujama i naponima (koristeći dinamički model AC indukcijskog motora). Međutim, s gledišta provedbe, potreba za računalnim resursima je presudna.
Za implementaciju algoritama kontrole vektora mogu se koristiti različiti pristupi. Feedforward tehnike, procjena modela i tehnike adaptivne kontrole mogu se koristiti za poboljšanje odgovora i stabilnosti.
Vektorska kontrola izmjeničnih motora: dubinski izgled
U srcu algoritma za kontrolu vektora dvije su važne pretvorbe: Clarkova pretvorba, pretvorba u parku i njihova inverzna. Upotreba prijelaza Clark i Park omogućava kontrolu struje rotora u područje rotora. To omogućava upravljački sustav rotora da određuje napon koji treba isporučiti u rotor kako bi se maksimizirao okretni moment u dinamički različitim opterećenjima.
Clark Conversion: Clark matematička pretvorba mijenja trofazni sustav u sustav s dva koordinata:
gdje su IA i IB komponente pravokutnog datuma, a IO je nevažna homoplanarna komponenta
Trofazna struja rotora u odnosu na referentni sustav rotiranja
Pretvorba u parku: Uprava u parku Math Pretvara dvosmjerni statički sustav u rotirajući vektor sustava.
Dvofazni, prikaz okvira izračunava se Clarke transformacijom, a zatim se dovodi u modul rotacije vektora gdje rotira kut θ kako bi odgovarao d, q okvirima pričvršćenim na energiju rotora. Pretvorba kuta θ realizira se prema gornjoj jednadžbi.
Osnovna struktura vektora orijentirane na magnetsko polje kontrola izmjeničnog motora
Clarke Transform koristi trofazne struje IA, IB i IC za izračunavanje dvofaznih ortogonalnih struja statora-osi ISD i ISQ. Ove dvije struje u fazama statora s fiksnim koordinatom transformiraju se u ISD i ISQ, koji postaju elementi u Park Transform D, q. To se postiže korištenjem modela toka motora za izračunavanje energije rotora u okvirima D, Q. Struje ISD, ISQ i trenutni kut fluksa θ izračunati iz modela toka motora koriste se za izračunavanje električnog momenta motora AC indukcije.
Osnove vektorskih kontroliranih izmjeničnih motora
Te izvedene vrijednosti uspoređuju se s referentnim vrijednostima i ažuriraju PI kontroler.
Jedna od inherentnih prednosti motoričke kontrole temeljenog na vektoru je ta što se isti princip može koristiti za odabir odgovarajućeg matematičkog modela za kontrolu svake vrste AC, PM-AC ili BLDC motora.
Vektorska kontrola BLDC motora
BLDC motori su glavni izbor za kontrolu vektora orijentirane na terenski orijentirani. Motori bez četkica s FOC -om mogu postići veću učinkovitost, do 95%, a također su vrlo učinkoviti pri velikim brzinama.
3. Algoritam upravljanja motorom
Slijedi shema kontrole motora Stepper:
Kontrola stepper motora obično koristi dvosmjernu pogonsku struju, a njegov motorni korak ostvaruje se prebacivanjem namota u nizu. Obično postoje 3 vožnje za ovu vrstu stepper motora:
1. Jednofazni puni stepper pogon:
U ovom načinu, njegovi su namoti energizirani sljedećim redoslijedom, AB/CD/BA/DC (BA ukazuje na to da se energizacija namotavanja AB provodi u suprotnom smjeru). Ovaj slijed poznat je kao jednofazni način rada za sve korake ili način pogona valova. U bilo kojem trenutku, samo je jedna faza energizirana.
2. 2- faza punog koraka:
U ovom su načinu obje faze energizirane zajedno, tako da je rotor uvijek između dva stupa. Ovaj je način poznat kao dvofazni puni korak, a ovaj način je normalan vozni slijed za dvopolne motore, koji može iznijeti maksimalni okretni moment.
3. Polovica načina koraka:
Ovaj način kombinira jednofazno stepenice i dvofazno koraka u jednom napajanju: jednofazno napajanje, zatim dvofazno napajanje, zatim jednofazno napajanje ..., tako da motor radi na pola -Pop koraci. Ovaj je način poznat kao pola koraka, gdje se učinkovit kut koraka za svako pobuđenje motora smanjuje za polovicu, a njegov izlazni moment je niži.
Sva 3 ova načina mogu se upotrijebiti za rotiranje u suprotnom smjeru (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu), ali ne i ako je redoslijed preokrenut.
Obično, koračni motori imaju više stupova kako bi smanjili kut koraka, međutim, broj namota i redoslijed kojim se pokreću ostaju isti.
4 Algoritmi za kontrolu opće namjene
Kontrola brzine motora opće namjene, posebno onih koji koriste 2 kruga:
1, kontrola faznog kuta
2, PWM kontrola helikoptera
Kontrola faznog kuta
Kontrola faznog kuta najjednostavnija je metoda kontrole brzine motora opće namjene. Kroz kut luka Triac Točke mijenja se za kontrolu brzine. Kontrola faznog kuta vrlo je ekonomično rješenje, međutim, učinkovitost nije previsoka, laka elektromagnetska smetnja (EMI).
Kontrola faznog kuta za motore opće namjene
Gore navedena shema prikazuje mehanizam kontrole faznog kuta, tipična primjena kontrole brzine Triac. Kružni fazni pomak impulsa Triac vrata stvara učinkovite napone, što rezultira različitim brzinama motora, a za uspostavljanje se koristi krug za otkrivanje crossover-a preko nule crossover crossover detekcije Vremenska referenca za odgodu impulsa vrata.
PWM kontrola helikoptera
PWM kontrola je, naprednije rješenje za kontrolu brzine motora opće namjene. U ovom rješenju, mofset napajanja ili IGBT uključuje napon visokog frekvencije ispravljenog izmjeničnog napona, što zauzvrat stvara vremenski promjenjivi napon za motor.
PWM kontrola sjeckalica za motore opće namjene
Raspon frekvencije prebacivanja obično je 10-20 kHz za uklanjanje buke. Ova metoda kontrole motora opće namjene rezultira boljom kontrolom struje i boljim EMI performansama i, prema tome, većom učinkovitošću.