Наскоро видях, че някои приятели играят на различни двигатели, тъй като моторът е важен за контрол, контролът е стабилен, точен, бърз е най -добрата цел на софтуерните инженери на алгоритъма за управление, на първо място можете да играете някои от по -зрелите контролни контроли Алгоритми за изживяване, така че тук е колекцията на това съдържание, което да споделите с вас.
1.BLDC алгоритъм за управление на двигателя
Безчетковите двигатели са от типа самоподствия (превключване на самопосочване) и следователно са по-сложни за контрол.
BLDC контролът на двигателя изисква познаване на позицията и механизма на ротора, чрез който двигателят претърпява регулиране на управлението. За контрол на скоростта на затворен контур има две допълнителни изисквания, т.е. измервания за скоростта на ротора/или сигналите на тока на двигателя и PWM сигналите за контрол на мощността на скоростта на двигателя.
BLDC моторите могат да имат или подравнени странични или централни PWM сигнали в зависимост от изискванията на приложението. Повечето приложения изискват само операция за промяна на скоростта и ще използват 6 отделни странични PWM сигнала. Това осигурява най -висока разделителна способност. Ако приложението изисква позициониране на сървъра, спиране на енергията или обръщане на мощността, се препоръчват допълнителните PWM сигнали, подравнени от центъра.
За да усетите позицията на ротора, BLDC двигателите използват сензори за ефект на залата, за да осигурят абсолютно сензорни позиции. Това води до използването на повече проводници и по -високи разходи. Без сензора BLDC контролът елиминира необходимостта от сензори на Хол и вместо това използва противодействието на електромотивната сила на двигателя (електромоторна сила), за да прогнозира позицията на ротора. Контролът без сензори е от решаващо значение за приложения с променлива скорост на ниска цена като вентилатори и помпи. Без сензори за управление е необходимо и за хладилни и климатични компресори, когато се използват BLDC двигатели.
Вмъкване и добавяне на време без натоварване
Повечето BLDC двигатели не изискват допълване на PWM, вмъкване на време за зареждане или компенсация за времето без натоварване. Единствените BLDC приложения, които може да изискват тези функции, са високоефективни BLDC Servo Motors, Sine Wave, възбудени BLDC двигатели, безчетка за променлив ток или PC синхронни двигатели.
Алгоритми за контрол
Много различни алгоритми за управление се използват за осигуряване на контрол на BLDC двигатели. Обикновено силовите транзистори се използват като линейни регулатори за контрол на напрежението на двигателя. Този подход не е практичен при шофиране на двигатели с висока мощност. Моторите с висока мощност трябва да се контролират PWM и да изискват микроконтролер, за да осигурят функции за стартиране и контрол.
Алгоритъмът за управление трябва да предостави следните три функции:
PWM напрежение за контрол на скоростта на двигателя
Механизъм за отстраняване и комутиране на двигателя
Методи за прогнозиране на позицията на ротора с помощта на обратна електромотивна сила или сензори за зала
Модулацията на ширината на импулса се използва само за прилагане на променливо напрежение върху намотките на двигателя. Ефективното напрежение е пропорционално на работен цикъл на PWM. Когато се получи правилна комутационна комуникация, характеристиките на скоростта на въртящия момент на BLDC са същите като тези на по-нисък постоянен мотор. Променливото напрежение може да се използва за контрол на скоростта и променливия въртящ момент на двигателя.
Комутацията на захранващия транзистор осъзнава правилното намотка в статора, за да генерира оптималния въртящ момент според позицията на ротора. В BLDC двигател MCU трябва да знае позицията на ротора и да може да пътува с изправителя в точното време.
Трапецовидна токоизправителна комутация за BLDC двигатели
Един от най-простите методи за BLDC моторите е да се използва така наречената трапецовидна токоизправител.
Опростена рамка за контролери на стълбата за BLDC двигатели
В тази схема, токът трябва да се контролира всеки път от двойка моторни терминали, докато третият двигателен терминал винаги е изключен по електронен път от захранването.
Три устройства за зала, вградени в големия двигател, се използват за предоставяне на цифрови сигнали, които измерват позицията на ротора в 60- степен и предоставят тази информация в двигателния контролер. Тъй като текущият поток е равен на две намотки наведнъж и нула на третата, този метод произвежда текущ космически вектор с само една от шест общи посоки. Тъй като двигателят се управлява, токът на двигателните клеми се превключва електрически (регулирана комутация) веднъж на 60 градуса на въртене, така че текущият космически вектор винаги е на най -близките 30 градуса от фазовото изместване от 90 градуса.
Трапецовичен контрол: Формата на вълната на задвижването и въртящ момент при коригиране
Следователно текущата форма на вълната във всяка намотка е трапецовидна, започвайки от нула и преминава към положителен ток и след това до нула и след това до отрицателен ток.
Това произвежда текущ космически вектор, който ще се приближи до балансирано въртене, тъй като се активира в 6 различни посоки с въртенето на ротора.
В моторни приложения като климатик и измръзване използването на сензори за зала не е константа. За постигане на същите резултати могат да се използват обратни потенциални сензори, индуцирани в несвързани намотки.
Такива трапецовидни задвижващи системи са много често срещани поради простотата на техните контролни вериги, но те страдат от проблеми с пулсацията на въртящия момент по време на поправяне.
Синусоидална регулирана комутация за BDLC двигатели
Trapezoidal Coentifier Commutation не е достатъчна, за да осигури балансиран и точен безчетков DC двигател. Това се дължи главно на факта, че въртящият момент, генериран в трифазен безчетков двигател (със синусоидална вълнова броячка на електромотивната сила), се определя от следното уравнение:
Влакът на вала=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itsin (o +240)]
Къде:
o е електрическият ъгъл на въртящия се вал
KT е константата на въртящия момент на двигателя
IR, е и това са фазовите токове
Ако фазовите токове са синусоидални: ir {{0}} i 0 синуат; Е=i 0 sin (+120 o); То=i0sin (+240 o)
ще се получи:
Въртящ момент на вала {{0}}. 5i0*kt (постоянен независим от ъгъла на вала)
Синусоидално регулиран пътуван с четка без четка се стреми да задвижва три намотки на двигателя, чиито три течения варират гладко и синусоидално, докато двигателят се върти. Свързаните фази на тези токове са избрани, така че те да произвеждат гладки космически вектори с ток на ротора в посоки, ортогонални спрямо ротора с инвариантност. Това елиминира пулсацията на въртящия момент и кормилните импулси, свързани с северно управление.
За да се генерира гладка синусоидална модулация на тока на двигателя, докато двигателят се върти, е необходимо точно измерване на позицията на ротора. Устройствата на Hall осигуряват само грубо изчисление на позицията на ротора, което не е достатъчно за тази цел. Поради тази причина е необходима ъглова обратна връзка от енкодер или подобно устройство.
Опростена блокова схема на BLDC моторна синусоида контролер
Тъй като намотващите токове трябва да се комбинират, за да се получи гладък постоянен вектор на тока на ротора и тъй като всяка от намотките на статора е разположена под ъгъл от 120 градуса един от друг, токовете във всяка телена банка трябва да са синусоидни и да имат фазово изместване 120 градуси. Информацията за позицията от енкодера се използва за синтезиране на две синусоидни вълни с фазово изместване от 120 градуса между двете. След това тези сигнали се умножават по командата на въртящия момент, така че амплитудата на синусовата вълна да е пропорционална на необходимия въртящ момент. В резултат на това двете синусоидални команди на тока са правилно поетапно, като по този начин се произвежда въртящ се космически вектор на тока на статора в ортогонална посока.
Командването на синусоидалния ток сигнализира на двойка PI контролери, които модулират тока в двете подходящи двигателни намотки. Токът в третата намотка на ротора е отрицателната сума на контролираните намотки и следователно не може да бъде контролирана отделно. Изходът на всеки PI контролер се изпраща до PWM модулатор и след това до изходния мост и двата двигателни клеми. Напрежението, приложено към третия двигателен терминал, се получава от отрицателната сума на сигналите, приложени към първите две намотки, използвани по подходящ начин за три синусоидални напрежения, разположени съответно на 120 градуса.
В резултат на това действителната форма на изходния ток на вълната точно проследява сигнала на синусоидалния ток и полученият ток вектор на пространството се върти гладко, за да бъде количествено стабилизиран и ориентиран в желаната посока.
Резултатът от волана на синусоидалния токоизправител на стабилизирано управление не може да бъде постигнат чрез трапецовидна токоизправител като цяло. Въпреки това, поради високата си ефективност при ниски скорости на двигателя, той ще се отдели при високи скорости на двигателя. Това се дължи на факта, че с увеличаването на скоростта текущите контролери за връщане трябва да проследяват синусоидален сигнал за увеличаване на честотата. В същото време те трябва да преодолеят противодействащата сила на двигателя, която се увеличава на амплитудата и честотата с увеличаване на скоростта.
Тъй като PI контролерите имат ограничено усилване и честотна реакция, инвариантните във времето смущения в текущия контрол на контрола ще доведат до фазово изоставане и грешки в усилването в моторния ток, които се увеличават с по-високи скорости. Това ще попречи на посоката на текущия космически вектор по отношение на ротора, като по този начин ще доведе до изместване от посоката на квадратурата.
Когато това се случи, по -малко въртящ момент може да бъде произведен от определено количество ток, така че е необходим повече ток за поддържане на въртящия момент. Ефективността намалява.
Това намаление ще продължи с увеличаването на скоростта. В един момент изместването на фазата на тока надвишава 90 градуса. Когато това се случи, въртящият момент се намалява до нула. Чрез комбинацията от синусоидална скоростта в този момент по -горе води до отрицателен въртящ момент и следователно не може да бъде реализирана.
2. АК алгоритми на двигателя
Скаларен контрол
Скаларното управление (или V/Hz контрола) е прост метод за контрол на скоростта на командния двигател
Моделът за стабилно състояние на командния двигател се използва главно за получаване на технологията, така че преходната производителност не е възможна. Системата няма текущ цикъл. За да контролира двигателя, трифазното захранване варира само по амплитуда и честотата.
Контрол на векторното управление или ориентацията на магнитното поле
Въртящият момент в двигателя варира като функция на магнитните полета и върховете на статора и ротора, когато двете полета са ортогонални един за друг. При контрола на базата на скалар ъгълът между двете магнитни полета варира значително.
Vector Control успява да създаде ортогоналност отново в AC двигатели. За да контролира въртящия момент, всеки генерира ток от генерирания магнитен поток, за да постигне отзивчивостта на DC машина.
Векторното управление на мотор, командван с променлив ток е подобен на контрола на отделно възбуден DC двигател. В DC двигател енергията на магнитното поле φ F, генерирана от тока на възбуждане, ако е ортогонална на потока на арматурата φa, генериран от арматурния ток IA. Тези магнитни полета се отделят и се стабилизират по отношение един на друг. В резултат на това, когато токът на арматурата се контролира за контрол на въртящия момент, енергията на магнитното поле остава незасегната и се реализира по -бърза преходна реакция.
Ориентирано към полето управление (FOC) на трифазен променлив мотор се състои в имитиране на работата на постоянен ток. Всички контролирани променливи се трансформират математически в DC вместо AC. целевият му независим контролен въртящ момент и поток.
Има два метода за ориентирана към полето управление (FOC):
Direct FOC: Посоката на ъгъла на потока на ротора се изчислява директно от наблюдател на потока.
Индиректна FOC: Посоката на ъгъла на потока на ротора се получава косвено чрез оценка или измерване на скоростта на ротора и приплъзване.
Векторното управление изисква познаване на позицията на потока на ротора и може да бъде изчислено чрез усъвършенствани алгоритми, използвайки знания за крайните токове и напрежения (използвайки динамичен модел на индукционен двигател на променлив ток). От гледна точка на изпълнението обаче необходимостта от изчислителни ресурси е от решаващо значение.
Различни подходи могат да се използват за внедряване на алгоритми за векторно управление. Техниките за хранене, оценката на модела и техниките за адаптивен контрол могат да се използват за подобряване на реакцията и стабилността.
Векторно управление на променливотоковите двигатели: задълбочен външен вид
В основата на алгоритъма за векторно управление са две важни реализации: преобразуването на Кларк, преобразуването на парка и тяхната обратна. Използването на преходите на Кларк и Парк позволява контрола на тока на ротора в областта на ротора. Това позволява на системата за управление на ротора да определи напрежението, което трябва да се подава към ротора, за да се увеличи максимално въртящият момент при динамично различни натоварвания.
Преобразуване на Кларк: Математическото преобразуване на Кларк променя трифазна система в двукоординатна система:
където IA и IB са компоненти на ортогоналната дата, а IO е маловажният хомопланарен компонент
Трифазен ток на ротора срещу въртяща се референтна система
Преобразуване на парка: Park Math Conversion превръща двупосочната статична система в въртящ се вектор на системата.
Двуфазното представяне на рамката се изчислява чрез трансформация на Clarke и след това се подава към модула за въртене на вектора, където върти ъгъла θ, за да съответства на d, Q кадрите, прикрепени към енергията на ротора. Преобразуването на ъгъл θ се реализира според горното уравнение.
Основна структура на векторното управление на магнитното поле на двигателя на променлив ток
Кларкската трансформация използва трифазните токове IA, IB и IC, за да изчисли двуфазните ортогонални токове на статор-оста isd и ISQ. Тези два тока във фазите на статора с фиксирана координация се трансформират в ISD и ISQ, които стават елементи в парковата трансформация D, q. Това става чрез използване на модела на двигателния поток за изчисляване на енергията на ротора в рамките на D, Q. Токовете ISD, ISQ и ъгълът на моментален поток θ, изчислен от модела на двигателния поток, се използват за изчисляване на електрическия въртящ момент на индукционния двигател на променлив ток.
Основи на контролираните от вектор променливи двигатели
Тези получени стойности се сравняват с референтните стойности и се актуализират от PI контролера.
Едно от присъщите предимства на моторния контрол на базата на вектор е, че един и същ принцип може да се използва за избор на подходящ математически модел за контрол на всеки тип AC, PM-AC или BLDC двигател.
Векторно управление на BLDC двигатели
BLDC двигателите са основният избор за ориентиран към полето векторно управление. Безчетковите двигатели с FOC могат да постигнат по -висока ефективност, до 95%, а също така са много ефективни при високи скорости.
3. СТЕПЕР МОТОРНА КОНТРОЛ АЛГОРИЯТ
Следва схемата на стъпковия двигател:
Управлението на стъпковия двигател обикновено използва двупосочен задвижващ ток, а стъпката на двигателя му се реализира чрез превключване на намотките последователно. Обикновено има 3 шофьорски последователности за този вид стъпка:
1. Еднофазно пълно стъпково устройство:
В този режим намотването му се зарежда в следния ред, AB/CD/BA/DC (BA показва, че енергизацията на намотката AB се извършва в обратна посока). Тази последователност е известна като еднофазен режим на изцяло стъпка или режим на задвижване на вълната. Във всеки един път се захранва само една фаза.
2. 2- фаза в пълна стъпка:
В този режим и двете фази се зареждат заедно, така че роторът винаги е между два полюса. Този режим е известен като двуфазно пълно стъпка и този режим е нормалната последователност на шофиране за двуполюсни двигатели, която може да изведе максималния въртящ момент.
3. Режим на половин стъпка:
Този режим комбинира еднофазно стъпало и двуфазно стъпка в едно захранване: еднофазно захранване, след това двуфазно захранване, след това еднофазно захранване ..., така че моторът работи на половина -Стъпкави стъпки. Този режим е известен като режим на половин стъпка, където ефективният ъгъл на стъпката за всяко възбуждане на двигателя се намалява наполовина, а изходният му въртящ момент е по-нисък.
Всички 3 от тези режими могат да се използват за въртене в обратна посока (обратно на часовниковата стрелка), но не и ако редът е обърнат.
Обикновено стъпковите двигатели имат множество полюси, за да намалят ъгъла на стъпката, но броят на намотките и редът, в който се задвижват, остава един и същ.
4 Алгоритми за управление на DC с общо предназначение
Контрол на скоростта на двигатели с общо предназначение, особено тези, които използват 2 вериги:
1, контрол на фазовия ъгъл
2, PWM контролен чопър
Контрол на фазовия ъгъл
Контролът на фазовия ъгъл е най-простият метод за управление на скоростта на двигателя с общо предназначение. Чрез ъгъла на дъгата на Triac Point се променят, за да контролирате скоростта. Контролът на фазовия ъгъл е много икономично решение, но ефективността не е твърде висока, лесни електромагнитни смущения (EMI).
Контрол на фазовия ъгъл за двигатели с общо предназначение
Горната схема показва механизма на управление на фазовия ъгъл, типично прилагане на контрола на скоростта на триака. Околентното фазово изместване на импулсите на триак портата произвежда ефективни напрежения, което води до различни скорости на двигателя, а за установяване на верига за откриване на кръстосана верига се използва свръх нулева кръстосана верига Препратка към времето за забавяне на портата импулси.
PWM контрол на чопър
PWM Control е по -модерното решение за контрол на скоростта на двигателя с общо предназначение. В това решение мощността Mofse или IGBT включва високочестотното ректифицирано напрежение на променливотоковата линия, което от своя страна генерира време за различно напрежение за двигателя.
PWM контрол на чопър за двигатели с общо предназначение
Диапазонът на превключване на честотата обикновено е {{0} kHz за премахване на шума. Този метод за контрол на двигателите с общо предназначение води до по-добър контрол на тока и по-добра ефективност на EMI и следователно по-висока ефективност.