Недавно некоторые друзья играют в разные двигатели, поскольку мотор важен для управления, контроль является стабильным, точным, быстрым, является конечной целью инженеров -программистов -алгоритма управления, прежде всего, вы можете сыграть некоторые из более зрелых контролей Алгоритмы для опыта, поэтому вот коллекция этого контента, которым можно поделиться с вами.
1. BLDC Алгоритм управления двигателем
Бесщеточные двигатели имеют самообучительный тип (переключение самонаправления) и, следовательно, более сложны для управления.
Управление двигателем BLDC требует знания положения ротора и механизма, с помощью которого двигатель подвергается выпрямлению рулевого управления. Для контроля скорости в замкнутой контуре существует два дополнительных требования, т.е. измерения для скорости/или тока двигателя ротора и сигналов ШИМ для управления мощностью скорости двигателя.
Моторные двигатели BLDC могут иметь сигналы ШИМ, выравниваемые по сторонам, либо в центр, в зависимости от требований применения. Большинство приложений требуют только операции изменения скорости и будут использовать 6 отдельных сторонних сигналов ШИМ. Это обеспечивает высшее разрешение. Если приложение требуется позиционирование сервера, торможение энергии или изменение мощности, рекомендуются дополнительные сигналы PWM, выравниваемые в центре.
Чтобы почувствовать положение ротора, двигатели BLDC используют датчики эффекта зала, чтобы обеспечить абсолютное определение положения. Это приводит к использованию большего количества проводов и более высоких затрат. Управление BLDC без датчиков устраняет необходимость в датчиках залов и вместо этого использует электродвижущую силу моторного мотора (электродвижущая сила) для прогнозирования положения ротора. Без сенсора управление имеет решающее значение для недорогих приложений с переменной скоростью, таких как вентиляторы и насосы. Контроль без датчиков также требуется для холодильника и компрессоров кондиционирования воздуха при использовании двигателей BLDC.
Вставка и добавление времени без нагрузки
Большинство двигателей BLDC не требуют дополнительного ШИО, вставки времени без нагрузки или компенсации времени без нагрузки. Единственными приложениями BLDC, которые могут потребовать этих функций, являются высокопроизводительные сервоприводы BLDC, синусоиданные двигатели BLDC, бесщеточные кондиционеры или синхронные двигатели ПК.
Алгоритмы управления
Многие различные алгоритмы управления используются для обеспечения контроля двигателей BLDC. Как правило, транзисторы мощности используются в качестве линейных регуляторов для управления напряжением двигателя. Этот подход не является практичным при движении моторных двигателей высокой мощности. Мощные двигатели должны контролироваться ШИМ и требовать микроконтроллера для обеспечения начальных и управляющих функций.
Алгоритм управления должен предоставить следующие три функции:
Напряжение ШИМ для управления скоростью двигателя
Механизм для исправления и поездок на двигатель
Методы прогнозирования положения ротора с использованием силы обратного электродвижного или датчика зала
Модуляция ширины импульса используется только для применения переменного напряжения на обмотки двигателя. Эффективное напряжение пропорционально рабочим циклам ШИВ. При получении правильной коммутации выпрямителя характеристики скорости крутящего момента BLDC такие же, как и у нижнего двигателя постоянного тока. Переменное напряжение может использоваться для управления скоростью и переменным крутящим моментом двигателя.
Коммутация транзистора Power осознает правильную обмотку статора, чтобы генерировать оптимальный крутящий момент в соответствии с положением ротора. В двигателе BLDC MCU должен знать положение ротора и иметь возможность сесть на выпрямитель в нужное время.
Трапезиидальный выпрямитель коммутация для моторов BLDC
Одним из самых простых методов для двигателей BLDC является использование так называемой трапеции выпрямителя.
Упрощенная структура для контроллеров лестницы для моторов BLDC
В этой схеме ток должен управлять каждый раз парой моторных клемм, в то время как третий моторный клемма всегда отключается в электронном виде от источника питания.
Три устройства Hall, встроенные в большой двигатель, используются для предоставления цифровых сигналов, которые измеряют положение ротора в секторе графика {0}} и предоставляют эту информацию на контроллере двигателя. Поскольку текущий поток равен по двум обмоткам за раз и ноль на третьем, этот метод создает текущий вектор пространства с одним из шести общих сторон. Когда двигатель управляется, ток на терминалах двигателя электрически переключается (выпрямленная коммутация) после 60 градусов вращения, поэтому вектор пространства тока всегда находится в ближайших 30 градусах сдвига фазы на 90 градусов.
Трапезиидальный контроль: форма волны и крутящий момент при выпрямлении
Поэтому текущая форма волны в каждой обмотке является трапециевидной, начиная с нуля и переходит к положительному току, а затем к нулю, а затем к отрицательному току.
Это создает текущий вектор пространства, который будет приближаться к сбалансированному вращению, когда он поднимается в 6 разных направлениях с вращением ротора.
В моторных приложениях, таких как кондиционер и глазурь, использование датчиков зала не является постоянным. Обратные потенциальные датчики, индуцированные в неопределенных обмотках, могут быть использованы для достижения тех же результатов.
Такие трапециевидные системы привода очень распространены из -за простоты их управляющих цепей, но они страдают от проблем с крутящим моментом во время выпрямления.
Синусоидальная выпрямленная коммутация для двигателей BDLC
Коммутация трапециевидного выпрямителя недостаточно для обеспечения сбалансированного и точного управления двигателем постоянного тока. Это связано главным образом из-за того, что крутящий момент, генерируемый в трехфазном бесщеточном двигателе (с синусоидальной волновой счетчиком электроэлектродвижающей силы), определяется следующим уравнением:
Крутящий момент вала=kt [irsin (o) + iSsin (o +120) + itSin (o +240)]]
Где:
o - электрический угол вращающегося вала
KT - это константа крутящего момента двигателя
IR, есть и это фазовые токи
Если фазовые токи синусоидальные: ir {{0}} i 0 sino; Is=i 0 sin (+120 o); Это=i0sin (+240 o)
будет получено:
Крутящий момент вала {{0}}. 5i0*kt (константа, независимая от угла вала)
Синусоидально исправленный комбинированный бесщеточный контроллер двигателя усиливает управление тремя моторными обмотками, три тока, плавно варьируются и синусоидально, когда двигатель вращается. Связанные фазы этих токов выбираются таким образом, что они будут производить гладкие пространственные векторы тока ротора в направлениях, ортогональных ротора с инвариантностью. Это устраняет крутящий момент и рулевой импульсы, связанные с северным рулевым управлением.
Чтобы генерировать гладкую синусоидальную модуляцию тока двигателя при повороте двигателя, требуется точное измерение положения ротора. Устройства зала обеспечивают только грубый расчет положения ротора, что недостаточно для этой цели. По этой причине требуется угловая обратная связь от энкодера или аналогичного устройства.
Упрощенная блок -схема моторного синусоидального контроллера BLDC
Поскольку намоточные токи должны быть объединены для получения гладкого постоянного вектора пространства тока ротора, и, поскольку каждая из обмотков статора расположена под углом на 120 градусов друг от друга, токи в каждом проволочном берегу должны быть синусоидальными и иметь фазовый сдвиг 120 градусы. Информация о положении от энкодера используется для синтеза двух синусоидальных волн с фазовым сдвигом на 120 градусов между ними. Эти сигналы затем умножаются на команду крутящего момента, так что амплитуда синусоидальной волны пропорциональна требуемому крутящему моменту. В результате две синусоидальные команды тока являются надлежащим образом поэтапно, создавая тем самым вращающийся вектор тока статора в ортогональном направлении.
Команда синусоидального тока сигнализирует о выводе пары контроллеров PI, которые модулируют ток в двух подходящих моторных обмотках. Ток в третьей обмотке ротора является отрицательной суммой контролируемых обмоточных токов и, следовательно, не может контролироваться отдельно. Выход каждого контроллера PI отправляется на модулятор ШИМ, а затем на выходной мост и два клеммы двигателя. Напряжение, приложенное к третьему моторному терминалу, получено из отрицательной суммы сигналов, приложенных к первым двум обмоткам, соответственно, используется для трех синусоидальных напряжений, расположенных на расстоянии 120 градусов, соответственно.
В результате фактическая форма волны выходного тока точно отслеживает сигнал команды синусоидального тока, а результирующий вектор пространства тока вращается плавно, чтобы количественно стабилизируется и ориентирован в желаемом направлении.
Результат синусоидального рулевого управления выпрямителя не может быть достигнут с помощью трапециевидного рулевого управления выпрямителя в целом. Однако из -за высокой эффективности на низких скоростях двигателя он будет разделяться на высоких скоростях двигателя. Это связано с тем, что по мере увеличения скорости контроллеры возврата тока должны отслеживать синусоидальный сигнал увеличения частоты. В то же время они должны преодолеть счетчик электроэлектродвигателей двигателя, которая увеличивается в амплитуде и частоте с увеличением скорости.
Поскольку контроллеры PI имеют конечный усиление и частотная реакция, нарушения инвариантных времен в текущем цикле управления приведут к ошибкам фазового задержки и усиления в токе двигателя, которые увеличиваются с более высокими скоростями. Это будет мешать направлению текущего пространственного вектора относительно ротора, что вызывает смещение в направлении квадратурного направления.
Когда это происходит, меньше крутящего момента может быть произведено определенным количеством тока, поэтому для поддержания крутящего момента требуется больше тока. Эффективность снижается.
Это уменьшение будет продолжаться по мере увеличения скорости. В какой -то момент фазовое смещение тока превышает 90 градусов. Когда это происходит, крутящий момент уменьшается до нуля. Благодаря комбинации синусоидальной скорость на этой точке выше приводит к отрицательному крутящему моменту и, следовательно, не может быть реализована.
2. AC Моторные алгоритмы
Скалярное управление
Скалярное управление (или управление V/Hz) - это простой метод управления скоростью командного двигателя
Модель устойчивого состояния командного двигателя в основном используется для получения технологии, поэтому переходные характеристики невозможны. Система не имеет текущей петли. Для управления двигателем трехфазный источник питания варьируется только по амплитуде и частоте.
Управление вектором или управление ориентацией магнитного поля
Крутящий момент в двигателе варьируется в зависимости от магнитных полей и пиков ротора, когда два поля являются ортогональными друг к другу. В контроле на скалярных основаниях угол между двумя магнитными полями значительно варьируется.
Vector Control удается снова создать ортогональность в AC Motors. Чтобы контролировать крутящий момент, каждый генерирует ток из генерируемого магнитного потока для достижения отзывчивости машины постоянного тока.
Векторный контроль двигателя, проведенного AC, аналогичен управлению отдельно возбужденным двигателем постоянного тока. В двигателе постоянного тока энергия магнитного поля φ F, генерируемой током возбуждения, если ортогональна потоку якоря φa, генерируемого током якоря IA. Эти магнитные поля отделены и стабилизированы по отношению друг к другу. В результате, когда ток якоря контролируется для управления крутящим моментом, энергия магнитного поля остается незатронутой, и реагируется на более быстрый переходной отклик.
Ориентированный на поле управление (FOC) трехфазного двигателя переменного тока состоит из имитации работы двигателя постоянного тока. Все контролируемые переменные математически преобразуются в DC вместо AC. его целевой независимый управляющий крутящий момент и поток.
Существует два метода ориентированного на поле управления (FOC):
Прямой FOC: направление угла потока ротора рассчитывается непосредственно наблюдателем потока.
Косвенное FOC: направление угла потока ротора получается косвенно путем оценки или измерения скорости ротора и скольжения.
Векторный контроль требует знания положения потока ротора и может быть рассчитано с помощью расширенных алгоритмов, использующих знание токов и напряжений терминала (с использованием динамической модели индукционного двигателя переменного тока). Однако с точки зрения реализации необходимость в вычислительных ресурсах имеет решающее значение.
Различные подходы могут использоваться для реализации алгоритмов управления вектором. Методы питания, модельные оценки и методы адаптивного управления могут быть использованы для повышения реакции и стабильности.
Вектор контроль двигателей переменного тока: углубленный вид
В основе алгоритма управления вектором лежит два важных конверсии: преобразование Кларка, преобразование парка и их обратное. Использование переходов Clark и Park позволяет управлять током ротора в область ротора. Это позволяет системе управления ротором определять напряжение, которое должно быть подано в ротор, чтобы максимизировать крутящий момент при динамически изменяющихся нагрузках.
Преобразование Кларка: математическое преобразование Кларка изменяет трехфазную систему в систему с двумя координатами:
где IA и IB являются компонентами ортогональной базы, а io - неважный гомопланарный компонент
Трехфазный ток ротора в зависимости от вращающейся эталонной системы
ПАРКОВОЙ ПАРТИ: Парк-математическая конверсия преобразует двунаправленную статическую систему в вращающуюся систему вектора.
Двухфазное представление кадров вычисляется путем преобразования Кларка, а затем питается модулю вращения векторного вектора, где оно вращает угол θ в соответствии с кадрами D, Q, прикрепленными к энергии ротора. Преобразование угла θ реализуется в соответствии с вышеупомянутым уравнением.
Основная структура ориентированного на магнитное поле управления вектором двигателя переменного тока
В преобразовании Кларка используются трехфазные токи IA, IB и IC для вычисления двухфазных токов с озой ортогональной статора ISD и ISQ. Эти два тока в фазах статора с фиксированной координацией превращаются в ISD и ISQ, которые становятся элементами в преобразовании парка D, Q. Это делается с помощью модели потока двигателя для вычисления энергии ротора в кадрах D, Q. Токи ISD, ISQ и мгновенный угол потока θ, рассчитанные по модели потока двигателя, используются для расчета электрического крутящего момента индукционного двигателя переменного тока.
Основы векторов -контролируемых двигателей переменного тока
Эти полученные значения сравниваются с эталонными значениями и обновляются контроллером PI.
Одним из неотъемлемых преимуществ управления двигателем на основе векторов является то, что один и тот же принцип может быть использован для выбора соответствующей математической модели для управления каждым типом AC, PM-AC или BLDC Motor.
Вектор контроль двигателей BLDC
Motors BLDC являются основным выбором для управления вектором, ориентированным на поле. Бесщеточные двигатели с FOC могут достичь более высокой эффективности, до 95%, а также очень эффективны на высоких скоростях.
3. Алгоритм управления двигателем Stepper
Ниже приведена схема управления шагом:
Управление шаговым двигателем обычно использует двунаправленный ток привода, а его шаг двигателя реализуется путем переключения обмотков последовательно. Обычно есть 3 последовательности вождения для такого рода шагового двигателя:
1. Однофазный полный шаговый привод:
В этом режиме его обмотки включены в следующем порядке, AB/CD/BA/DC (BA указывает на то, что энергия обмотки AB проводится в противоположном направлении). Эта последовательность известна как однофазный режим всеобъемки или режим волнового диска. В любое время только одна фаза энергична.
2. 2- Фаза Полношаговой диск:
В этом режиме обе фазы включаются вместе, так что ротор всегда находится между двумя полюсами. Этот режим известен как двухфазная полная стойка, и этот режим является нормальной последовательности движения для двухполюсных двигателей, которые могут вывести максимальный крутящий момент.
3. Половина режима шага:
Этот режим сочетает в себе однофазный ступенчатый и двухфазный шаг в одном питании: однофазное питание, затем двухфазное питание, затем однофазное питание ... поэтому двигатель работает пополам -Поражает шаг. Этот режим известен как полушаговый режим, где эффективный угол шага для каждого возбуждения двигателя уменьшается вдвое, а его выходной крутящий момент ниже.
Все 3 из этих режимов могут быть использованы для вращения в противоположном направлении (против часовой стрелки), но не в том случае, если порядок полностью.
Как правило, шаговые двигатели имеют несколько полюсов, чтобы уменьшить угол шага, однако количество обмоток и порядок, в котором они приводят, остаются прежними.
4 Алгоритмы управления DC общего назначения
Управление скоростью двигателей общего назначения, особенно тех, которые используют 2 цепи:
1, управление фазовым углом
2, Шат -Чоппер Контроль
Фазовый угол управления
Фазовый контроль угла является самым простым методом управления скоростью двигателя общего назначения. Через тройную точку угловой дуги измените, чтобы контролировать скорость. Фазовый контроль угла является очень экономичным решением, однако эффективность не слишком высокая, легкая электромагнитная интерференция (EMI).
Фазовый контроль угла для двигателей общего назначения
Приведенная выше схема показывает механизм контроля фазового угла, типичного применения контроля скорости триака. Ссылка на время задержки импульсов затвора.
Шат -шпионек
Управление ШИМ - это более продвинутое решение для управления скоростью двигателя общего назначения. В этом решении MOFSET мощности или IGBT включает высокочастотное исправленное напряжение линии переменного тока, что, в свою очередь, генерирует изменяющееся время для двигателя.
Шат -вертолет для моторов общего назначения
Диапазон частот переключения обычно 10-20 кГц для устранения шума. Этот метод контроля для двигателей общего назначения приводит к лучшему контролю тока и лучшей производительности EMI и, следовательно, к более высокой эффективности.