Nylig sett noen venner spiller en rekke motorer, for motoren er viktig å kontrollere, kontroll er stabil, nøyaktig, Fast er det endelige målet for en kontrollalgoritme programvareingeniører, først og fremst kan du spille noen av de mer modne kontrollene Algoritmer å oppleve, så her er samlingen av dette innholdet å dele med deg.
1.BLDC motorstyringsalgoritme
Børsteløse motorer er av den selvkommuterende typen (selvretningsbytte) og er derfor mer komplekse å kontrollere.
BLDC motorisk kontroll krever kunnskap om rotorposisjonen og mekanismen som motoren gjennomgår retting av styring av. For hastighetskontroll med lukket sløyfe er det to ekstra krav, dvs. målinger for rotorhastighet/eller motorstrøm og PWM-signaler for å kontrollere motorhastighetsstrømmen.
BLDC-motorer kan ha enten sidejusterte eller midtjusterte PWM-signaler avhengig av applikasjonskrav. De fleste applikasjoner krever bare hastighetsendringsdrift og vil bruke 6 separate sidetilførte PWM -signaler. Dette gir den høyeste oppløsningen. Hvis applikasjonen krever serverposisjonering, energibremsing eller kraft reversering, anbefales det tilleggsinnlyste PWM-signalene.
For å føle rotorposisjon bruker BLDC -motorer Hall -effektsensorer for å gi absolutt posisjonssensing. Dette resulterer i bruk av flere ledninger og høyere kostnader. Sensorløs BLDC -kontroll eliminerer behovet for Hall -sensorer og bruker i stedet motorens tellerelektromotorekraft (elektromotorisk kraft) for å forutsi rotorposisjon. Sensorløs kontroll er kritisk for lavpris variabel hastighetsapplikasjoner som vifter og pumper. Sensorløs kontroll er også nødvendig for kjøleskap og klimaanlegg når BLDC -motorer brukes.
Ikke-belastningstidsinnsetting og tilskudd
De fleste BLDC-motorer krever ikke komplementær PWM, innsetting uten belastning eller tidskompensasjon uten belastning. De eneste BLDC -applikasjonene som kan kreve disse funksjonene er høyytelses -BLDC -servomotorer, sinusbølge -spente BLDC -motorer, børsteløse AC eller PC -synkrone motorer.
Kontrollalgoritmer
Mange forskjellige kontrollalgoritmer brukes til å gi kontroll over BLDC -motorer. Vanligvis brukes strømtransistorer som lineære regulatorer for å kontrollere motorspenningen. Denne tilnærmingen er ikke praktisk når du kjører motorer med høy effekt. High-Power Motors må være PWM-kontrollert og krever en mikrokontroller for å gi start- og kontrollfunksjoner.
Kontrollalgoritmen må gi følgende tre funksjoner:
En PWM -spenning for å kontrollere motorhastigheten
En mekanisme for å rette opp og pendle motoren
Metoder for å forutsi rotorposisjon ved bruk av omvendt elektromotorisk kraft eller hallsensorer
Pulsbreddemodulasjon brukes bare til å påføre en variabel spenning på motorviklingene. Den effektive spenningen er proporsjonal med PWM -pliktsyklusen. Når riktig likeretterpendasjon oppnås, er dreiemomenthastighetskarakteristikkene til en BLDC de samme som for en lavere DC-motor. Variabel spenning kan brukes til å kontrollere hastigheten og den variable dreiemomentet til motoren.
Pendlingen av krafttransistoren innser riktig vikling i statoren for å generere det optimale dreiemomentet i henhold til rotorposisjonen. I en BLDC -motor må MCU kjenne rotorposisjonen og være i stand til å pendle likeretteren til rett tid.
Trapezoidal likeretterpendasjon for BLDC Motors
En av de enkleste metodene for BLDC-motorer er å bruke den såkalte trapezoidale likeretterpendlingen.
Forenklet rammeverk for stigekontrollere for BLDC Motors
I dette skjemaet skal strømmen kontrolleres hver gang av et par motorterminaler, mens den tredje motorterminalen alltid er elektronisk koblet fra strømforsyningen.
Tre Hall -enheter innebygd i den store motoren brukes til å gi digitale signaler som måler rotorposisjonen i en 60- gradsektor og gi denne informasjonen på motorkontrolleren. Siden strømstrømmen er lik på to viklinger av gangen og null på den tredje, produserer denne metoden en gjeldende romvektor med bare en av seks retninger til felles. Når motoren styres, blir strømmen ved motorterminalene elektrisk byttet (utbedret pendling) en gang per 60 rotasjonsgrader, så den nåværende romvektoren er alltid på de nærmeste 30 grader av 90 graders faseskift.
Trapezoidal kontroll: Drivbølgeform og dreiemoment ved retting
Den nåværende bølgeformen i hver vikling er derfor trapesformet, starter på null og går til positiv strøm og deretter til null og deretter til negativ strøm.
Dette produserer en gjeldende romvektor som vil nærme seg balansert rotasjon når den trapper opp i 6 forskjellige retninger med rotasjonen av rotoren.
I motoriske applikasjoner som klimaanlegg og frosting, er bruk av hallsensorer ikke en konstant. Omvendt potensielle sensorer indusert i ikke -koblede viklinger kan brukes til å oppnå de samme resultatene.
Slike trapezoidale drivsystemer er veldig vanlige på grunn av enkelheten i kontrollkretsene, men de lider av momentkrusningsproblemer under retting.
Sinusformet utbedret pendling for BDLC -motorer
Trapezoidal likeretterpendasjon er ikke tilstrekkelig til å gi balansert og nøyaktig børsteløs DC -motorstyring. Dette skyldes hovedsakelig det faktum at dreiemomentet som genereres i en trefaset børsteløs motor (med en sinusformet bølge-tellerelektromotorkraft) er definert av følgende ligning:
Akselmoment=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itsin (o +240)]
Hvor:
o er den elektriske vinkelen på den roterende akselen
KT er momentkonstanten til motoren
IR, er og det er fasestrømmene
Hvis fasestrømmene er sinusformet: ir {{{0}} i 0 sino; Er=i 0 sin (+120 o); Det=i0sin (+240 o)
vil bli oppnådd:
Akselmoment {{0}}. 5i0*kt (en konstant uavhengig av skaftvinkelen)
En sinusformet utbedret pendlet børsteløse motorkontroller prøver å drive tre motoriske viklinger hvis tre strømmer varierer jevnt og sinusformet når motoren roterer. De tilhørende fasene av disse strømningene er valgt slik at de vil produsere glatte romvektorer av rotorstrøm i retninger ortogonale til rotoren med invarians. Dette eliminerer dreiemomentet og styrer pulser assosiert med nordlig styring.
For å generere en jevn sinusformet modulering av motorstrømmen når motoren roterer, er det nødvendig med en nøyaktig måling av rotorposisjonen. Hallenheter gir bare en grov beregning av rotorposisjonen, som ikke er tilstrekkelig for dette formålet. Av denne grunn kreves vinkelbackback fra en koder eller lignende enhet.
Forenklet blokkdiagram over BLDC motorsinbølgerkontroller
Siden de svingete strømningene må kombineres for å produsere en jevn konstant rotorstrømvektor, og siden hver av statorviklingene er plassert i en vinkel på 120 grader fra hverandre, må strømningene i hver trådbank være sinusformet og ha et faseskift på 120 grader. Posisjonsinformasjonen fra koderen brukes til å syntetisere to sinusbølger med et faseskift på 120 grader mellom de to. Disse signalene multipliseres deretter med dreiemomentkommandoen slik at amplituden til sinusbølgen er proporsjonal med det nødvendige dreiemomentet. Som et resultat er de to sinusformet strømkommandoer riktig faset, og produserer dermed en roterende statorstrømvektor i den ortogonale retningen.
Sinusformet strøm -kommandosignalene sender ut et par PI -kontrollere som modulerer strømmen i de to passende motorviklingene. Strømmen i den tredje rotorviklingen er den negative summen av de kontrollerte viklingsstrømmene og kan derfor ikke kontrolleres separat. Utgangen til hver PI -kontroller sendes til en PWM -modulator og deretter til utgangsbroen og de to motorterminalene. Spenningen som påføres den tredje motorterminalen er avledet fra den negative summen av signalene som brukes på de to første viklingene, passende brukt for tre sinusformet spenninger som er henholdsvis 120 grader fra hverandre.
Som et resultat sporer den faktiske utgangsstrømbølgeformen nøyaktig den sinusformet strømsignalet, og den resulterende strømromsvektoren roterer jevnt for å bli kvantitativt stabilisert og orientert i ønsket retning.
Sinusformet likeretterstyringsresultat av stabilisert kontroll kan ikke oppnås ved trapesformet likeretterstyring generelt. På grunn av den høye effektiviteten med lave motorhastigheter, vil den imidlertid skille seg med høye motoriske hastigheter. Dette skyldes det faktum at når hastigheten øker, må de nåværende returkontrollerne spore et sinusformet signal om økende frekvens. Samtidig må de overvinne motelektromotorkraften til motoren som øker i amplitude og frekvens når hastigheten øker.
Siden PI-kontrollere har begrenset forsterknings- og frekvensrespons, vil tidsinvariante forstyrrelser i gjeldende kontrollsløyfe føre til faseforsinkelse og få feil i motorstrømmen som øker med høyere hastigheter. Dette vil forstyrre retningen til den nåværende romvektoren med hensyn til rotoren, og dermed forårsake en forskyvning fra kvadraturretning.
Når dette skjer, kan mindre dreiemoment produseres av en viss strøm, så det kreves mer strøm for å opprettholde dreiemoment. Effektiviteten avtar.
Denne nedgangen vil fortsette når hastigheten øker. På et tidspunkt overstiger faseforskyvningen av strømmen 90 grader. Når dette skjer, reduseres dreiemomentet til null. Gjennom kombinasjonen av sinusformet resulterer hastigheten på dette punktet over et negativt dreiemoment og kan derfor ikke realiseres.
2.AC Motoralgoritmer
Skalær kontroll
Scalar Control (eller V/Hz -kontroll) er en enkel metode for å kontrollere hastigheten på en kommandomotor
Stabil tilstandsmodellen til kommandomotoren brukes hovedsakelig for å oppnå teknologien, så forbigående ytelse er ikke mulig. Systemet har ikke en nåværende sløyfe. For å kontrollere motoren, varierer trefaset strømforsyning bare i amplitude og frekvens.
Vektorkontroll eller magnetfeltorienteringskontroll
Momentet i en motor varierer som en funksjon av stator- og rotormagnetfeltene og toppene når de to feltene er ortogonale for hverandre. I skalærbasert kontroll varierer vinkelen mellom de to magnetfeltene betydelig.
Vektorkontroll klarer å lage ortogonalitet igjen i AC -motorer. For å kontrollere dreiemomentet genererer hver en strøm fra den genererte magnetiske fluksen for å oppnå responsen til en DC -maskin.
Vektorkontroll av en AC -kommandert motor ligner på kontrollen av en separat eksitert DC -motor. I en likestrømmotor genereres magnetfeltet energi φ f generert av eksitasjonsstrømmen hvis det er ortogonal til ankerfluksen φa generert av ankerstrømmen IA. Disse magnetfeltene er koblet fra og stabilisert med hensyn til hverandre. Som et resultat, når ankerstrømmen styres for å kontrollere dreiemomentet, forblir magnetfeltenergien upåvirket og en raskere forbigående respons realiseres.
Feltorientert kontroll (FOC) av en trefaset AC-motor består av å etterligne driften av en DC-motor. Alle kontrollerte variabler transformeres matematisk til DC i stedet for AC. dets måluavhengige kontrollmoment og fluks.
Det er to metoder for feltorientert kontroll (FOC):
Direkte FOC: Retningen på rotorfluksvinkelen beregnes direkte av en fluksobservatør.
Indirekte FOC: Retningen på rotorfluksvinkelen oppnås indirekte ved å estimere eller måle rotorhastigheten og glippen.
Vektorkontroll krever kunnskap om posisjonen til rotorfluksen og kan beregnes ved avanserte algoritmer ved bruk av kunnskap om terminalstrømmer og spenninger (ved bruk av en dynamisk modell av en AC -induksjonsmotor). Fra et implementeringssynspunkt er imidlertid behovet for beregningsressurser avgjørende.
Ulike tilnærminger kan brukes til å implementere vektorkontrollalgoritmer. Feedforward -teknikker, modellestimering og adaptive kontrollteknikker kan alle brukes til å forbedre responsen og stabiliteten.
Vektorkontroll av vekselstrømsmotorer: et dyptgående blikk
I hjertet av en vektorkontrollalgoritme er to viktige konverteringer: Clark -konvertering, parkkonvertering og deres omvendte. Bruken av overgangen Clark og Park tillater kontroll av rotorstrømmen inn i rotorområdet. Dette gjør at et rotorkontrollsystem kan bestemme spenningen som skal leveres til rotoren for å maksimere dreiemomentet under dynamisk varierende belastning.
Clark-konvertering: Clark-matematisk konvertering endrer et trefasesystem til et to-koordinatsystem:
Hvor IA og IB er komponenter i den ortogonale datoen og IO er den uviktige homoplanære komponenten
Trefaserotorstrøm kontra roterende referansesystem
Parkkonvertering: Park Math Conversion konverterer et toveis statisk system til en roterende systemvektor.
To-fase, rammerepresentasjon beregnes ved Clarke-transformasjon og deretter mates til vektorrotasjonsmodulen der den roterer vinkelen θ for å matche D, Q-rammene festet til rotorenergien. Konvertering av vinkel θ realiseres i henhold til ligningen ovenfor.
Grunnleggende struktur av magnetfeltorientert vektorkontroll av vekselstrømsmotor
Clarke-transformasjonen bruker trefasestrømmene IA, IB og IC for å beregne de tofasede ortogonale stator-akset strømmer ISD og ISQ. Disse to strømningene i de faste koordinatstatorfasene blir transformert til ISD og ISQ, som blir elementer i parktransformasjonen d, q. Dette gjøres ved å bruke motorfluksmodellen for å beregne rotorenergien i D, Q -rammene. Strømmene ISD, ISQ og den øyeblikkelige fluksvinkelen θ beregnet fra motorfluksmodellen brukes til å beregne det elektriske dreiemomentet til AC -induksjonsmotoren.
Grunnleggende om vektorstyrte vekselstrømsmotorer
Disse avledede verdiene blir sammenlignet med referanseverdiene og oppdatert av PI -kontrolleren.
En av de iboende fordelene med vektorbasert motorisk kontroll er at det samme prinsippet kan brukes til å velge riktig matematisk modell for å kontrollere hver type AC, PM-AC eller BLDC-motor.
Vektorkontroll av BLDC -motorer
BLDC -motorer er hovedvalget for feltorientert vektorkontroll. Børsteløse motorer med FOC kan oppnå høyere effektivitet, opptil 95%, og er også veldig effektive i høye hastigheter.
3.Stepper Motor Control -algoritmen
Følgende er trinnmotorisk kontrollskjematisk:
Stepper Motor Control bruker vanligvis toveis drivstrøm, og dens motortrinn realiseres ved å bytte viklinger i rekkefølge. Vanligvis er det 3 kjøresekvenser for denne typen trinnmotor:
1. Enfase full trinnstasjon:
I denne modusen blir viklingene energisk i følgende rekkefølge, AB/CD/BA/DC (BA indikerer at energien av vikling AB utføres i motsatt retning). Denne sekvensen er kjent som enfase all-stepping-modus, eller bølget drivmodus. Når som helst er bare en fase energisk.
2. 2- Fase Full-Step Drive:
I denne modusen blir begge fasene energisk sammen, slik at rotoren alltid er mellom to stolper. Denne modusen er kjent som to-fase full-stepping, og denne modusen er den normale kjøresekvensen for to-polet motorer, som kan sende ut maksimalt dreiemoment.
3. Halvtrinnende modus:
Denne modusen kombinerer enfaset stepping og to-fase-trinn i en oppstart: enfaset oppstart, deretter to-fase power-up, deretter enfase-power-up ..., så motoren går i to -trinnsøkning. Denne modusen er kjent som halvtrinnsmodus, der den effektive trinnvinkelen for hver eksitering av motoren reduseres med halvparten, og utgangsmomentet er lavere.
Alle tre modusene kan brukes til å rotere i motsatt retning (mot klokken), men ikke hvis ordren er omgjort.
Typisk har trinnmotorer flere stolper for å redusere trinnvinkelen, men antall viklinger og rekkefølgen de blir drevet forblir den samme.
4 Generelle formål DC -kontrollalgoritmer
Hastighetskontroll av generelle formålsmotorer, spesielt de som bruker 2 kretsløp:
1, fasevinkelkontroll
2, PWM Chopper Control
Fasevinkelkontroll
Fasevinkellekontroll er den enkleste metoden for generell motorhastighetskontroll. Gjennom Triac Point Arc -vinkelendringen for å kontrollere hastigheten. Fasevinkelkontroll er en veldig økonomisk løsning, men effektiviteten er ikke for høy, enkel elektromagnetisk interferens (EMI).
Fasevinkelkontroll for generelle målmotorer
Ovennevnte skjema viser mekanismen for fasevinkelkontroll, en typisk anvendelse av trias hastighetskontroll. Omkretsfaseskiftet til triacportpulsen produserer effektive spenninger, noe En timing -referanse for å forsinke portpulsene.
PWM -hakkerekontroll
PWM -kontroll er den, mer avanserte løsningen for generell motorhastighetskontroll. I denne løsningen slår kraft -mofsettet, eller IGBT på den høyfrekvente utbedrede vekselstrømspenningen, som igjen genererer en tid varierende spenning for motoren.
PWM -hakkerekontroll for generelle målmotorer
Byttefrekvensområdet er typisk 10-20 kHz for å eliminere støy. Denne metoden for kontroll for generelle motorer resulterer i bedre strømkontroll og bedre EMI-ytelse og derfor høyere effektivitet.