De curând, unii prieteni joacă o varietate de motoare, pentru că motorul este important de controlat, controlul este stabil, precis, rapid este obiectivul final al unui algoritm de control ingineri software, în primul rând, puteți juca o parte din controlul mai matur Algoritmi pentru a experimenta, așa că iată colecția acestui conținut pe care să o împărtășească cu tine.
1.BLDC algoritm de control al motorului
Motoarele fără perii sunt de tip auto-comunicare (comutare de autodirecție) și, prin urmare, sunt mai complexe de controlat.
Controlul motorului BLDC necesită cunoașterea poziției rotorului și a mecanismului prin care motorul suferă direcție de rectificare. Pentru controlul vitezei cu buclă închisă, există două cerințe suplimentare, adică, măsurători pentru viteza rotorului/curentul motorului și semnalele PWM pentru a controla puterea de viteză a motorului.
Motoarele BLDC pot avea semnale PWM aliniate sau aliniate în centru, în funcție de cerințele cererii. Majoritatea aplicațiilor necesită doar funcționarea schimbării vitezei și vor utiliza 6 semnale PWM aliniate laterale separate. Aceasta oferă cea mai mare rezoluție. Dacă aplicația necesită poziționare a serverului, frânare energetică sau inversare a puterii, sunt recomandate semnalele PWM aliniate cu centru suplimentar.
Pentru a sesiza poziția rotorului, motoarele BLDC folosesc senzori de efect Hall pentru a oferi o detectare absolută a poziției. Acest lucru duce la utilizarea mai multor fire și a costurilor mai mari. Controlul BLDC fără senzor elimină nevoia senzorilor din sală și folosește în schimb forța de contor electromotivă a motorului (forța electromotivă) pentru a prezice poziția rotorului. Controlul fără senzori este esențial pentru aplicațiile cu viteză variabilă cu costuri reduse, cum ar fi ventilatoarele și pompele. Controlul fără senzori este de asemenea necesar pentru compresoare frigider și aer condiționat atunci când sunt utilizate motoarele BLDC.
Introducere și suplimentare a timpului fără încărcare
Majoritatea motoarelor BLDC nu necesită PWM complementar, inserție de timp fără încărcare sau compensare a timpului fără încărcare. Singurele aplicații BLDC care pot necesita aceste caracteristici sunt motoarele servo BLDC de înaltă performanță, motoarele BLDC excitate cu undă sinusoidală, AC sau motoarele sincrone pentru PC.
Algoritmi de control
Mulți algoritmi de control diferiți sunt folosiți pentru a oferi controlul motoarelor BLDC. De obicei, tranzistoarele de energie electrică sunt utilizate ca regulatori liniari pentru a controla tensiunea motorului. Această abordare nu este practică atunci când conduceți motoare de mare putere. Motoarele cu putere mare trebuie să fie controlate PWM și să necesite un microcontroler pentru a oferi funcții de pornire și control.
Algoritmul de control trebuie să furnizeze următoarele trei funcții:
O tensiune PWM pentru controlul vitezei motorului
Un mecanism pentru rectificarea și comutarea motorului
Metode pentru prezicerea poziției rotorului folosind forță electromotivă inversă sau senzori de hol
Modularea lățimii pulsului este utilizată doar pentru a aplica o tensiune variabilă la înfășurările motorului. Tensiunea efectivă este proporțională cu ciclul de serviciu PWM. Atunci când se obține o comutare redresă corespunzătoare, caracteristicile de viteză ale cuplului unui BLDC sunt aceleași cu cele ale unui motor DC mai mic. Tensiunea variabilă poate fi utilizată pentru a controla viteza și cuplul variabil al motorului.
Comutarea tranzistorului de putere realizează înfășurarea corespunzătoare în stator pentru a genera cuplul optim în funcție de poziția rotorului. Într -un motor BLDC, MCU trebuie să cunoască poziția rotorului și să poată comuta redresorul la momentul potrivit.
Comutarea redresorului trapezoidal pentru motoarele BLDC
Una dintre cele mai simple metode pentru motoarele BLDC este utilizarea așa-numită comutație a redresorului trapezoidal.
Cadru simplificat pentru controlerele de scară pentru motoarele BLDC
În această schemă, curentul trebuie să fie controlat de fiecare dată de o pereche de borne motorii, în timp ce cel de -al treilea terminal motor este întotdeauna deconectat electronic de la sursa de alimentare.
Trei dispozitive de sală încorporate în motorul mare sunt utilizate pentru a furniza semnale digitale care măsoară poziția rotorului într -un sector 60-} și furnizează aceste informații la controlerul motorului. Deoarece fluxul curent este egal pe două înfășurări la un moment dat și zero pe a treia, această metodă produce un vector spațial curent, cu doar una din șase direcții în comun. Pe măsură ce motorul este condus, curentul la bornele motorului este comutat electric (comutație rectificată) o dată la 60 de grade de rotație, astfel încât vectorul spațiului curent este întotdeauna la cele mai apropiate 30 de grade de schimbarea fazei de 90 de grade.
Control trapezoidal: forma de undă și cuplul de acționare la rectificare
Forma de undă curentă în fiecare înfășurare este, prin urmare, trapezoidală, începând de la zero și urmând curent pozitiv și apoi la zero și apoi la curent negativ.
Acest lucru produce un vector spațial curent care va aborda rotația echilibrată, deoarece crește în 6 direcții diferite cu rotația rotorului.
În aplicațiile motorii, cum ar fi aerul condiționat și înghețarea, utilizarea senzorilor din sală nu este o constantă. Senzorii potențiali inversi induși în înfășurările necorespunzătoare pot fi folosiți pentru a obține aceleași rezultate.
Astfel de sisteme de acționare trapezoidale sunt foarte frecvente din cauza simplității circuitelor lor de control, dar suferă de probleme de ondulare a cuplului în timpul rectificării.
Comutarea rectificată sinusoidală pentru motoarele BDLC
Comutarea redresorului trapezoidal nu este suficientă pentru a asigura un control echilibrat și precis fără motor DC fără perii. Acest lucru se datorează în principal faptului că cuplul generat într-un motor fără perie trifazic (cu o forță de contor electromotivă a undelor sinusoidale) este definit prin ecuația următoare:
Cuplul arborelui=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itsin (o +240)]
Unde:
o este unghiul electric al arborelui rotativ
KT este constanta de cuplu a motorului
Ir, este și sunt curenții de fază
Dacă curenții de fază sunt sinusoidale: ir {{0}} i 0 sino; Este=i 0 sin (+120 o); IT=i0sin (+240 o)
va fi obținut:
Cuplul arborelui {{0}}. 5i0*kt (o constantă independentă de unghiul arborelui)
Un regulator de motor fără perie rectificat sinusoidal se străduiește să conducă trei înfășurări ale motorului ale căror trei curenți variază lin și sinusoidal pe măsură ce motorul se rotește. Fazele asociate acestor curenți sunt selectate astfel încât să producă vectori de spațiu netede ai curentului rotorului în direcții ortogonale către rotor cu invarianță. Acest lucru elimină ondularea cuplului și impulsurile de direcție asociate cu direcția nordică.
Pentru a genera o modulare sinusoidală netedă a curentului motorului pe măsură ce motorul se rotește, este necesară o măsurare exactă a poziției rotorului. Dispozitivele Hall oferă doar un calcul grosolan al poziției rotorului, care nu este suficient în acest scop. Din acest motiv, este necesar feedback unghiular de la un codificator sau un dispozitiv similar.
Diagrama bloc simplificată a controlerului de undă sinusoidale al motorului BLDC
Deoarece curenții de înfășurare trebuie să fie combinați pentru a produce un vector de spațiu cu curent al rotorului constant neted și, deoarece fiecare dintre înfășurările statorului este poziționat într -un unghi de 120 de grade distanță, curenții din fiecare bancă de sârmă trebuie să fie sinusoidale și să aibă o schimbare de fază de 120 grade. Informațiile de poziție din codificator sunt utilizate pentru a sintetiza două unde sinusoidale cu o deplasare de fază de 120 de grade între cele două. Aceste semnale sunt apoi înmulțite cu comanda de cuplu, astfel încât amplitudinea undei sinusoidale să fie proporțională cu cuplul necesar. Drept urmare, cele două comenzi de curent sinusoidal sunt eliminate în mod corespunzător, producând astfel un vector de spațiu cu curent al statorului rotativ în direcția ortogonală.
Semnalele de comandă ale curentului sinusoidal produc o pereche de controlere PI care modulează curentul în cele două înfășurări motoare adecvate. Curentul în a treia înfășurare a rotorului este suma negativă a curenților de înfășurare controlate și, prin urmare, nu poate fi controlată separat. Ieșirea fiecărui controler PI este trimisă unui modulator PWM și apoi către podul de ieșire și cele două borne ale motorului. Tensiunea aplicată la cel de -al treilea terminal motor este derivată din suma negativă a semnalelor aplicate la primele două înfășurări, utilizate în mod corespunzător pentru trei tensiuni sinusoidale distanțate, respectiv, la 120 de grade.
Drept urmare, forma de undă de curent de ieșire efectivă urmărește cu exactitate semnalul de comandă al curentului sinusoidal, iar vectorul spațiului curent rezultat se rotește lin pentru a fi stabilizat cantitativ și orientat în direcția dorită.
Rezultatul de direcție a redreptului sinusoidal al controlului stabilizat nu poate fi obținut prin direcția redresorului trapezoidal în general. Cu toate acestea, datorită eficienței sale ridicate la viteze mici ale motorului, se va separa la viteze mari ale motorului. Acest lucru se datorează faptului că pe măsură ce viteza crește, controlerele de retur curent trebuie să urmărească un semnal sinusoidal de frecvență în creștere. În același timp, acestea trebuie să depășească forța de combatere a motorului care crește în amplitudine și frecvență pe măsură ce viteza crește.
Deoarece controlerele PI au un câștig finit și răspuns la frecvență, tulburările invariabile în timp ale buclei de control curente vor provoca decalajul de fază și vor avea erori de câștig în curentul motor care cresc cu viteze mai mari. Acest lucru va interfera cu direcția vectorului spațiului curent în raport cu rotorul, provocând astfel o deplasare din direcția quadraturii.
Când se întâmplă acest lucru, mai puțin cuplu poate fi produs cu o anumită cantitate de curent, deci este necesar mai mult curent pentru a menține cuplul. Eficiența scade.
Această scădere va continua pe măsură ce viteza va crește. La un moment dat, deplasarea în fază a curentului depășește 90 de grade. Când se întâmplă acest lucru, cuplul este redus la zero. Prin combinația de sinusoidal, viteza în acest moment de mai sus are ca rezultat un cuplu negativ și, prin urmare, nu poate fi realizat.
2.C Algoritmi motor
Control scalar
Controlul scalar (sau controlul V/Hz) este o metodă simplă de control al vitezei unui motor de comandă
Modelul de stare constantă a motorului de comandă este utilizat în principal pentru a obține tehnologia, astfel încât performanța tranzitorie nu este posibilă. Sistemul nu are o buclă curentă. Pentru a controla motorul, alimentarea trifazată variază numai în amplitudine și frecvență.
Control vectorial sau control de orientare a câmpului magnetic
Cuplul dintr -un motor variază în funcție de câmpurile și vârfurile magnetice ale statorului și rotorului atunci când cele două câmpuri sunt ortogonale între ele. În controlul pe bază de scalare, unghiul dintre cele două câmpuri magnetice variază semnificativ.
Vector Control reușește să creeze din nou ortogonalitate în motoarele AC. Pentru a controla cuplul, fiecare generează un curent din fluxul magnetic generat pentru a atinge receptivitatea unei mașini DC.
Controlul vectorial al unui motor comandat AC este similar cu controlul unui motor DC excitat separat. Într -un motor DC, energia câmpului magnetic φ F generată de curentul de excitație dacă este ortogonală pentru fluxul de armătură φa generat de curentul de armătură ia. Aceste câmpuri magnetice sunt decuplate și stabilizate unul față de celălalt. Drept urmare, atunci când curentul de armătură este controlat pentru a controla cuplul, energia câmpului magnetic rămâne neafectată și se realizează un răspuns tranzitoriu mai rapid.
Controlul orientat spre câmp (FOC) al unui motor AC trifazat constă în imitarea funcționării unui motor DC. Toate variabilele controlate sunt transformate matematic în DC în loc de AC. Cuplul său de control independent și fluxul său țintă.
Există două metode de control orientat către câmp (FOC):
FOC direct: Direcția unghiului de flux rotor este calculată direct de un observator de flux.
FOC indirect: Direcția unghiului de flux al rotorului se obține indirect prin estimarea sau măsurarea vitezei și alunecării rotorului.
Controlul vectorial necesită cunoașterea poziției fluxului rotorului și poate fi calculat prin algoritmi avansați folosind cunoștințele curenților și tensiunilor terminale (folosind un model dinamic al unui motor de inducție AC). Cu toate acestea, din punct de vedere al implementării, nevoia de resurse de calcul este crucială.
Diferite abordări pot fi utilizate pentru a implementa algoritmi de control vectorial. Tehnicile de avion, estimarea modelului și tehnicile de control adaptiv pot fi utilizate pentru a îmbunătăți răspunsul și stabilitatea.
Controlul vectorial al motoarelor AC: un aspect aprofundat
În centrul unui algoritm de control vectorial se află două conversii importante: conversia Clark, conversia parcului și inversul acestora. Utilizarea tranzițiilor Clark și Park permite controlul curentului rotorului în zona rotorului. Acest lucru permite unui sistem de control al rotorului să determine tensiunea care trebuie furnizată rotorului pentru a maximiza cuplul sub sarcini variate dinamic.
Conversia Clark: conversia matematică Clark modifică un sistem trifazat într-un sistem cu două coordonate:
În cazul în care IA și IB sunt componente ale datei ortogonale și IO este componenta neimportantă
Curent rotor trifazat versus sistemul de referință rotativ
Conversia parcului: conversia matematică a parcului transformă un sistem static bi-direcțional într-un vector de sistem rotativ.
Reprezentarea cadrului în două faze, este calculată prin transformarea Clarke și apoi alimentate la modulul de rotație vectorială unde rotește unghiul θ pentru a se potrivi cu cadrele d, Q atașate la energia rotorului. Conversia unghiului θ se realizează în funcție de ecuația de mai sus.
Structura de bază a controlului vectorial orientat spre câmp magnetic al motorului AC
Transformarea Clarke folosește curenții trifazați IA, IB și IC pentru a calcula curenții cu curenți ortogonali cu două faze ISD și ISQ. Acești doi curenți din fazele statorului cu coordonare fixă sunt transformate în ISD și ISQ, care devin elemente în transformarea parcului D, q. Acest lucru se realizează folosind modelul de flux motor pentru a calcula energia rotorului în cadrele D, Q. Curenții ISD, ISQ și unghiul de flux instantaneu θ calculat din modelul de flux motor sunt utilizate pentru a calcula cuplul electric al motorului de inducție AC.
Fundamentele motoarelor de curent alternativ controlat vectorial
Aceste valori derivate sunt comparate cu valorile de referință și actualizate de controlerul PI.
Unul dintre avantajele inerente ale controlului motorului bazat pe vector este faptul că același principiu poate fi utilizat pentru a selecta modelul matematic adecvat pentru a controla fiecare tip de motor AC, PM-AC sau BLDC.
Controlul vectorial al motoarelor BLDC
Motoarele BLDC sunt principala alegere pentru controlul vectorial orientat pe teren. Motoarele fără perii cu FOC pot obține o eficiență mai mare, până la 95%și sunt, de asemenea, foarte eficiente la viteze mari.
3. Algoritmul de control al motorului STEPPER
Următoarea este schema de control al motorului pas cu pas:
Controlul motorului Stepper folosește de obicei curentul de acționare bi-direcțional, iar pasul său motor este realizat prin comutarea înfășurărilor în secvență. De obicei, există 3 secvențe de conducere pentru acest tip de motor pas cu pas:
1..
În acest mod, înfășurările sale sunt alimentate în următoarea ordine, AB/CD/BA/DC (BA indică faptul că energizarea înfășurării AB se realizează în direcția opusă). Această secvență este cunoscută sub numele de modul All-Stepping monofazat sau modul de acționare a valurilor. În orice moment, o singură fază este energizată.
2. 2- Faza unitate cu pas complet:
În acest mod, ambele faze sunt alimentate împreună, astfel încât rotorul să fie întotdeauna între doi poli. Acest mod este cunoscut sub numele de două faze, iar acest mod este secvența de conducere normală pentru motoarele cu două poli, care poate produce cuplul maxim.
3. Mod de pas jumătate:
Acest mod combină pasul monofazat și pasul în două faze într-o singură pornire: pornire monofazată, apoi pornire în două faze, apoi pornire monofazată ..., astfel încât motorul rulează la jumătate -ge creșteri. Acest mod este cunoscut sub numele de modul la jumătate de etapă, unde unghiul de pas efectiv pentru fiecare excitație a motorului este redus la jumătate, iar cuplul său de ieșire este mai mic.
Toate cele 3 moduri pot fi utilizate pentru a se roti în direcția opusă (în sens invers acelor de ceasornic), dar nu dacă ordinea este inversată.
De obicei, motoarele pas cu pas au mai mulți poli pentru a reduce unghiul de pas, cu toate acestea, numărul de înfășurări și ordinea în care sunt conduse rămâne același.
4 Algoritmi de control DC de scop general
Controlul vitezei motoarelor cu scop general, în special a celor care folosesc 2 circuite:
1, Controlul unghiului de fază
2, Control de tocător PWM
Controlul unghiului de fază
Controlul unghiului de fază este cea mai simplă metodă de control al vitezei motorului cu scop general. Prin schimbarea unghiului arcului punctului Triac pentru a controla viteza. Controlul unghiului de fază este o soluție foarte economică, cu toate acestea, eficiența nu este prea mare, interferențe electromagnetice ușoare (EMI).
Controlul unghiului de fază pentru motoarele cu scop general
Schema de mai sus arată mecanismul de control al unghiului de fază, o aplicare tipică a controlului vitezei Triac. O referință de sincronizare pentru a întârzia impulsurile de poartă.
Controlul tocătorului PWM
Controlul PWM este soluția mai avansată pentru controlul vitezei motorului cu scop general. În această soluție, mofsetul de putere, sau IGBT pornește tensiunea liniei AC rectificate de înaltă frecvență, care la rândul său generează o tensiune variabilă pentru motor.
Controlul PWM Chopper pentru motoarele de scop general
Intervalul de frecvență de comutare este de obicei 10-20 kHz pentru a elimina zgomotul. Această metodă de control pentru motoarele cu scop general are ca rezultat un control mai bun curent și o performanță mai bună a EMI și, prin urmare, o eficiență mai mare.