Niedawno zobaczyli, jak niektórzy przyjaciele grają w różnych silnikach, ponieważ silnik jest ważny w kontrolowaniu, kontrola jest stabilna, dokładna, szybka jest ostatecznym celem inżynierów oprogramowania algorytmu sterowania, przede wszystkim możesz zagrać w niektóre z bardziej dojrzałej kontroli Algorytmy do doświadczenia, więc oto zbiór tego elementu treści, który należy z tobą udostępnić.
1. Algorytm sterowania silnikiem BLDC
Silniki bezszczotkowe są typu samooceny (przełączanie samokierowania) i dlatego są bardziej złożone w kontroli.
Kontrola silnika BLDC wymaga znajomości pozycji i mechanizmu wirnika, za pomocą którego silnik przechodzi sterownik rektyfikacyjny. W celu kontroli prędkości pętli zamkniętej istnieją dwa dodatkowe wymagania, IE, pomiary prędkości/prądu wirnika/lub sygnałów silnika i sygnałów PWM w celu sterowania mocą prędkości silnika.
Silniki BLDC mogą mieć sygnały PWM zrównoważone u boku lub środkowe w zależności od wymagań dotyczących aplikacji. Większość aplikacji wymaga jedynie operacji zmiany prędkości i będzie wykorzystywać 6 oddzielnych bocznych sygnałów PWM. Zapewnia to najwyższą rozdzielczość. Jeśli aplikacja wymaga pozycjonowania serwera, hamowania energii lub odwrócenia mocy, zalecane są dodatkowe sygnały PWM dostosowane do środka.
Aby wyczuć pozycję wirnika, silniki BLDC używają czujników efektu Halla, aby zapewnić bezwzględne wykrywanie pozycji. Powoduje to wykorzystanie większej liczby przewodów i wyższych kosztów. Bez czujnikowe sterowanie BLDC eliminuje potrzebę czujników Hall i zamiast tego wykorzystuje siłę elektromotoryczną silnika (siła elektromotoryczna) do przewidywania położenia wirnika. Kontrola bez czujników ma kluczowe znaczenie dla tanich aplikacji o zmiennej prędkości, takich jak wentylatory i pompy. Kontrola bez czujników jest również wymagana w przypadku sprężarek lodówki i klimatyzacji, gdy używane są silniki BLDC.
Bez obciążenia wkładanie czasu i suplementacja
Większość silników BLDC nie wymaga uzupełniającego się PWM, wstawienia czasu bez obciążenia ani odszkodowania czasowego. Jedynymi aplikacjami BLDC, które mogą wymagać tych funkcji, są wysokowydajne silniki serwo BLDC, silniki BLDC podekscytowane fali sinusoidalne, bezszczotkowe silniki SYNCHRONOUS.
Algorytmy kontrolne
Wiele różnych algorytmów kontrolnych służy do zapewnienia kontroli silników BLDC. Zazwyczaj tranzystory mocy są używane jako regulatory liniowe do kontrolowania napięcia silnika. Takie podejście nie jest praktyczne podczas prowadzenia silników o dużej mocy. Silniki o dużej mocy muszą być kontrolowane PWM i wymagają mikrokontrolera, aby zapewnić funkcje początkowe i kontrolne.
Algorytm sterowania musi zapewnić następujące trzy funkcje:
Napięcie PWM do kontrolowania prędkości silnika
Mechanizm naprawy i dojazdu do silnika
Metody przewidywania pozycji wirnika za pomocą odwrotnej siły elektromotorycznej lub czujników Hall
Modulacja szerokości impulsu jest stosowana wyłącznie do zastosowania zmiennego napięcia do uzwojeń silnika. Efektywne napięcie jest proporcjonalne do cyklu pracy PWM. Po uzyskaniu odpowiedniego komutacji prostownika charakterystyka prędkości momentu obrotowego BLDC jest taka sama jak w przypadku dolnego silnika DC. Zmienne napięcie można użyć do kontrolowania prędkości i zmiennego momentu obrotowego silnika.
Komisja tranzystora mocy realizuje odpowiednie uzwojenie w stojanie, aby wygenerować optymalny moment obrotowy zgodnie z pozycją wirnika. W silniku BLDC MCU musi znać pozycję wirnika i być w stanie dojść do prostownika we właściwym czasie.
Trapezoidalne komunikowanie prostowników dla silników BLDC
Jedną z najprostszych metod silników BLDC jest zastosowanie tak zwanego trapezoidalnego komórek prostownika.
Uproszczone ramy dla kontrolerów drabinowych dla silników BLDC
W tym schemacie prąd należy kontrolować za każdym razem przez parę zacisków silnikowych, podczas gdy trzeci terminal silnika jest zawsze odłączony elektronicznie od zasilania.
Trzy urządzenia Hall osadzone w dużym silniku służą do dostarczania sygnałów cyfrowych, które mierzą pozycję wirnika w sektorze stopni 60- i dostarczają tych informacji w kontrolerze silnika. Ponieważ przepływ prądu jest równy na dwóch uzwojeniach na raz i zero na trzecim, metoda ta wytwarza prąd wektor przestrzeni z tylko jednym z sześciu kierunków wspólnych. Gdy silnik jest kierowany, prąd na zaciskach silnika jest elektrycznie przełączany (skoryfikowana komutacja) raz na 60 stopni obrotu, więc prąd wektor przestrzeni jest zawsze na najbliższych 30 stopniach przesunięcia fazowego o 90 stopni.
Kontrola trapezoidalna: przebieg i moment obrotowy podczas rektyfikacji
Prądowy kształt fali w każdym uzwojeniu jest zatem trapezoidalny, zaczynając od zera i przechodząc do prądu dodatniego, a następnie do zera, a następnie do prądu ujemnego.
Powoduje to prąd wektor przestrzeni, który zbliża się do zrównoważonego obrotu, ponieważ podnosi się w 6 różnych kierunkach z obrotem wirnika.
W zastosowaniach silników, takich jak klimatyzacja i lukier, użycie czujników Hall nie jest stałe. Do osiągnięcia tych samych wyników można zastosować czujniki odwrotnego potencjału indukowane w niepowiązanych uzwojeniach.
Takie trapezoidalne systemy napędowe są bardzo powszechne ze względu na prostotę ich obwodów kontrolnych, ale cierpią na problemy z falowaniem momentu obrotowego podczas rektyfikacji.
Sinusoidalne skorygowane komutacje dla silników BDLC
Trapezoidalne komunikowanie prostowników nie jest wystarczające, aby zapewnić zrównoważony i dokładny bezszczotkowy sterowanie silnikiem DC. Wynika to głównie z faktu, że moment obrotowy wygenerowany w trójfazowym silniku bezszczotkowym (z siłą elektromotoryczną fali sinusoidalnej) jest zdefiniowany przez następujące równanie:
Moment obrotowy wału=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itsin (o +240)]]]]]]]
Gdzie:
o jest kątem elektrycznym obrotowego wału
KT jest stałą momentu obrotowego silnika
IR, jest i są to prądy fazowe
Jeśli prądy fazowe są sinusoidalne: ir {{0}} i 0 sino; IS=i 0 sin (+120 o); It=i0sin (+240 o)
zostanie uzyskany:
Moment obrotowy wału {0}}. 5i0*kt (stała niezależna od kąta wału)
Sinusoidalnie naprawione do pracy sterownika bezszczotkowego silnika stara się prowadzić trzy uzwojenia silnika, których trzy prądy zmieniają się płynnie i sinusoidalnie, gdy silnik się obraca. Powiązane fazy tych prądów są wybierane w taki sposób, że wytwarzają gładkie wektory przestrzenne prądu wirnika w kierunkach ortogonalnych do wirnika z niezmiennością. To eliminuje tętnienie momentu obrotowego i impulsy kierownicze związane z kierownictwem na północy.
W celu wygenerowania gładkiej modulacji sinusoidalnej prądu silnika w miarę obrotu silnika wymagany jest dokładny pomiar położenia wirnika. Urządzenia Hall zapewniają jedynie przybliżone obliczenie położenia wirnika, co nie jest wystarczające do tego celu. Z tego powodu wymagane jest sprzężenie zwrotne kątowe z enkodera lub podobnego urządzenia.
Uproszczony schemat blokowy kontrolera fali sinusoidalnej BLDC
Ponieważ prądy uzwojenia należy łączyć, aby uzyskać gładki stały wektor przestrzeni prądu wirnika, a ponieważ każde z uzwojeń stojana jest ustawione pod kątem 120 stopni w odległości, prądy w każdym brzegu drutu muszą być sinusoidalne i mieć przesunięcie fazowe 120 stopnie. Informacje o pozycji z enkodera służą do syntezy dwóch fal sinusoidalnych o przesunięciu fazowym 120 stopni między nimi. Sygnały te są następnie mnożone przez polecenie momentu obrotowego, aby amplituda fali sinusoidalnej była proporcjonalna do wymaganego momentu obrotowego. W rezultacie dwa polecenia prądu sinusoidalnego są odpowiednio stopniowe, wytwarzając w ten sposób obracający się wektor przestrzeni prądu stojana w kierunku ortogonalnym.
Sygnały poleceń prądu sinusoidalnego wysyłają parę kontrolerów PI, które modulują prąd w dwóch odpowiednich uzwojeniach silnika. Prąd w trzeciej uzwojeniu wirnika jest ujemną sumą kontrolowanych prądów uzwojenia i dlatego nie można go kontrolować osobno. Wyjście każdego kontrolera PI jest wysyłane do modulatora PWM, a następnie do mostu wyjściowego i dwóch zacisków silnika. Napięcie przyłożone do trzeciego zacisku silnika pochodzi z ujemnej suma sygnałów przyłożonych do dwóch pierwszych uzwojeń, odpowiednio stosowanych dla trzech napięć sinusoidalnych, odpowiednio w odległości 120 stopni.
W rezultacie rzeczywisty forma fali prądu wyjściowego dokładnie śledzi sygnał polecenia prądu sinusoidalnego, a wynikowy wektor prądu przestrzeni obraca się płynnie, aby był ilościowo stabilizowany i zorientowany w pożądanym kierunku.
Sinusoidalny wynik sterowania prostownikiem ustabilizowanej kontroli nie może być osiągnięty przez ogólnie trapezoidalne sterowanie prostownika. Jednak ze względu na wysoką wydajność przy niskich prędkościach silnika będzie się oddzielić przy dużych prędkościach silnika. Wynika to z faktu, że wraz ze wzrostem prędkości obecne kontrolery powrotu muszą śledzić sinusoidalny sygnał o rosnącej częstotliwości. Jednocześnie muszą przezwyciężyć siłę elektromotoryczną licznika silnika, która zwiększa amplitudę i częstotliwość wraz ze wzrostem prędkości.
Ponieważ kontrolery PI mają skończony wzmocnienie i reakcję częstotliwości, zaburzenia niezmienne w czasie bieżącej pętli sterującej spowodują opóźnienie fazowe i błędy wzmocnienia w prądu silnika, które rosną wraz z wyższymi prędkościami. Będzie to zakłócać kierunek prądowego wektora przestrzeni w odniesieniu do wirnika, powodując w ten sposób przemieszczenie z kierunku kwadraturowego.
Gdy tak się stanie, mniejszy moment obrotowy może być wytwarzany przez określoną ilość prądu, więc do utrzymania momentu obrotowego wymagane jest więcej prądu. Wydajność maleje.
Ten spadek będzie trwał wraz ze wzrostem prędkości. W pewnym momencie przemieszczenie fazowe prądu przekracza 90 stopni. Gdy tak się stanie, moment obrotowy jest zmniejszony do zera. Poprzez kombinację sinusoidalnej prędkość w tym punkcie powyżej powoduje ujemny moment obrotowy i dlatego nie można jej zrealizować.
2. AAC Algorytmy silnika
Kontrola skalarna
Kontrola skalarna (lub kontrola V/Hz) to prosta metoda kontrolowania prędkości silnika poleceń
Model stanu ustalonego silnika dowodzenia służy głównie do uzyskania technologii, więc przejściowa wydajność nie jest możliwa. System nie ma bieżącej pętli. Aby kontrolować silnik, zasilacz trójfazowy zmienia się tylko pod względem amplitudy i częstotliwości.
Kontrola wektora lub kontrola orientacji pola magnetycznego
Moment obrotowy w silniku zmienia się w zależności od pól magnetycznych stojana i wirnika i pików, gdy dwa pola są do siebie ortogonalne. W kontroli opartej na skalarie kąt między dwoma pól magnetycznych zmienia się znacznie.
Wektor Control udaje się ponownie stworzyć ortogonalność w silnikach AC. Aby kontrolować moment obrotowy, każdy generuje prąd z wygenerowanego strumienia magnetycznego, aby osiągnąć reakcję maszyny DC.
Kontrola wektora silnika dowodzonego AC jest podobna do kontroli osobno wzbudzonego silnika DC. W silniku prądu stałego energia pola magnetycznego φ F wygenerowana przez prąd wzbudzenia, jeżeli jest ortogonalny do strumienia stroju φA generowanego przez prąd tworszy IA. Te pola magnetyczne są oddzielone i stabilizowane w stosunku do siebie. W rezultacie, gdy prąd twornika jest kontrolowany w celu kontroli momentu kontrolnego, energia pola magnetycznego pozostaje nienaruszona i realizowana jest szybsza reakcja przejściowa.
Kontrola zorientowana na teren (FOC) trójfazowego silnika prądu przemiennego polega na naśladowaniu działania silnika prądu stałego. Wszystkie kontrolowane zmienne są przekształcane matematycznie na DC zamiast AC. Jego niezależny moment sterujący i strumień.
Istnieją dwie metody kontroli zorientowanej na teren (FOC):
Bezpośrednie FOC: Kierunek kąta strumienia wirnika jest obliczany bezpośrednio przez obserwatora strumienia.
Pośrednie FOC: Kierunek kąta strumienia wirnika jest otrzymywany pośrednio przez oszacowanie lub pomiar prędkości wirnika i poślizgu.
Kontrola wektora wymaga wiedzy o położeniu strumienia wirnika i może być obliczona za pomocą zaawansowanych algorytmów z wykorzystaniem wiedzy o prądach i napięciach końcowych (przy użyciu dynamicznego modelu silnika indukcyjnego AC). Jednak z punktu widzenia implementacji potrzeba zasobów obliczeniowych jest kluczowa.
Do wdrożenia algorytmów kontroli wektorów można zastosować różne podejścia. Techniki podawania, szacowanie modelu i techniki kontroli adaptacyjnej można zastosować w celu zwiększenia odpowiedzi i stabilności.
Kontrola wektorowa silników prądu przemiennego: dogłębny wygląd
Sercem algorytmu kontroli wektorowej znajdują się dwie ważne konwersje: konwersja Clarka, konwersja parku i ich odwrotność. Zastosowanie przejść Clarka i Parku umożliwia kontrolę prądu wirnika do obszaru wirnika. Umożliwia to układowi sterowania wirnikowego określenie napięcia, które należy dostarczyć do wirnika w celu maksymalizacji momentu obciążenia dynamicznie zmieniającym się.
Konwersja Clarka: Konwersja matematyczna Clarka modyfikuje układ trójfazowy w system dwupoziomowy:
gdzie IA i IB są składnikami ortogonalnego punktu odniesienia, a IO jest nieistotnym komponentem homoplanowym
Trójfazowy prąd wirnika w porównaniu do obrotowego systemu odniesienia
Konwersja parku: Konwersja matematyki parku przekształca dwukierunkowy system statyczny w wektor obrotowego systemu.
Dwufazowa reprezentacja ramki jest obliczana przez transformację Clarke, a następnie podawana do modułu obrotu wektora, w którym obraca kąt θ, aby dopasować ramki D, Q przymocowane do energii wirnika. Konwersja kąta θ jest realizowana zgodnie z powyższym równaniem.
Podstawowa struktura wektora zorientowanego na pola magnetycznego silnika prądu przemiennego
Transformacja Clarke wykorzystuje prądy trójfazowe IA, IB i IC do obliczenia dwufazowych prądów osi ortogonalnej i ISQ. Te dwa prądy w fazach stojana o stałym współrzędnym są przekształcane w ISD i ISQ, które stają się elementami transformacji parku D, Q. Odbywa się to przy użyciu modelu strumienia silnika do obliczenia energii wirnika w ramach D, Q. Prądy ISD, ISQ i natychmiastowy kąt strumienia θ obliczony z modelu strumienia silnika są używane do obliczenia momentu elektrycznego silnika indukcyjnego.
Podstawy silników AC kontrolowanych wektor
Te pochodne wartości są porównywane z wartościami odniesienia i aktualizowane przez kontroler PI.
Jedną z nieodłącznych zalet kontrolki silnika opartego na wektorach jest to, że ta sama zasada można wykorzystać do wyboru odpowiedniego modelu matematycznego do kontrolowania każdego rodzaju silnika AC, PM-AC lub BLDC.
Kontrola wektorów silników BLDC
Silniki BLDC są głównym wyborem kontroli wektora zorientowanego na teren. Bezszczotkowe silniki z FOC mogą osiągnąć wyższą wydajność, do 95%, a także są bardzo wydajne przy dużych prędkościach.
3. Algorytm sterowania silnikiem steppepowy
Poniżej znajduje się schemat sterowania silnikiem krokowym:
Kontrola silnika krokowego zwykle wykorzystuje dwukierunkowy prąd napędowy, a jego krok silnika realizuje się poprzez przełączanie uzwojeń w sekwencji. Zwykle istnieją 3 sekwencje jazdy dla tego rodzaju silnika krokowego:
1. Jednofazowy pełny napęd stepowy:
W tym trybie jego uzwojenia są energetyzowane w następującej kolejności, AB/CD/BA/DC (BA wskazuje, że energia uzwojenia AB jest przeprowadzana w przeciwnym kierunku). Ta sekwencja jest znana jako tryb jednofazowy all-steping lub tryb napędu fali. W dowolnym momencie tylko jedna faza jest energetyzowana.
2. 2- Faza pełny napęd:
W tym trybie obie fazy są zasilane razem, dzięki czemu wirnik jest zawsze między dwoma biegunami. Ten tryb jest znany jako dwufazowe pełne stepowanie, a ten tryb jest normalną sekwencją jazdy dla dwurobiegowych silników, która może wyświetlić maksymalny moment obrotowy.
3. Tryb półprzepustowy:
Ten tryb łączy jednofazowe krok i dwufazowe krok w jednym uruchamianiu: Uruchamianie jednofazowe, a następnie uruchamianie dwufazowe, a następnie jednofazowe uruchamianie ..., więc silnik działa na pół -Przyrosty. Ten tryb jest znany jako tryb pół etapu, w którym efektywny kąt kroku dla każdego wzbudzenia silnika jest zmniejszony o połowę, a jego moment wyjściowy jest niższy.
Wszystkie 3 z tych trybów można użyć do obracania się w przeciwnym kierunku (w lewo), ale nie, jeśli kolejność jest odwrócona.
Zazwyczaj silniki krokowe mają wiele biegunów w celu zmniejszenia kąta kroku, jednak liczba uzwojeń i kolejność, w jakiej są napędzane, pozostaje takie same.
4 Algorytmy kontroli DC ogólnego przeznaczenia
Kontrola prędkości silników ogólnego przeznaczenia, zwłaszcza tych używających 2 obwodów:
1, Kontrola kąta fazowego
2, kontrola hopera PWM
Kontrola kąta fazowego
Kontrola kąta fazowego jest najprostszą metodą ogólnej kontroli prędkości silnika. Przez kąt łuku triaca zmień, aby kontrolować prędkość. Kontrola kąta fazowego jest bardzo ekonomicznym rozwiązaniem, jednak wydajność nie jest zbyt wysoka, łatwa interferencja elektromagnetyczna (EMI).
Kontrola kąta fazowego dla silników ogólnego celu
Powyższy schemat pokazuje mechanizm kontroli kąta fazowego, typowe zastosowanie kontroli prędkości triaku. Obwodowe przesunięcie fazowe pulsów bramek triakowych wytwarza wydajne napięcia, co powoduje różne prędkości motoryczne, a do ustalenia stosuje się obwód wykrywania przekraczania przełomu. Odniesienie do czasu opóźnienia impulsów bramki.
Control hopper PWM
Kontrola PWM jest bardziej zaawansowanym rozwiązaniem do kontroli prędkości silnika ogólnego przeznaczenia. W tym rozwiązaniu MOFSET MOF lub IGBT włącza napięcie linii prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości, co z kolei generuje napięcie zmieniające czas dla silnika.
Kontrola hopperów PWM dla silników ogólnego przeznaczenia
Zakres częstotliwości przełączania jest zazwyczaj 10-20 kHz, aby wyeliminować szum. Ta metoda kontroli silników ogólnego przeznaczenia powoduje lepszą aktualną kontrolę i lepszą wydajność EMI, a tym samym wyższą wydajność.