اخیراً برخی از دوستان در حال بازی انواع موتورهای مختلف هستند ، زیرا کنترل موتور مهم است ، کنترل پایدار ، دقیق ، سریع هدف نهایی مهندسان نرم افزار کنترل کنترل است ، اول از همه ، شما می توانید برخی از کنترل بالغ تر را بازی کنید الگوریتم هایی برای تجربه ، بنابراین در اینجا مجموعه این مطالب برای به اشتراک گذاشتن با شما وجود دارد.
1.BLDC الگوریتم کنترل موتور
موتورهای بدون برس از نوع خود سازگار (تعویض خود جهت گیری) هستند و بنابراین برای کنترل پیچیده تر هستند.
کنترل موتور BLDC نیاز به دانش در مورد موقعیت روتور و مکانیسم دارد که توسط آن موتور تحت فرمان اصلاح قرار می گیرد. برای کنترل سرعت حلقه بسته ، دو مورد اضافی وجود دارد ، یعنی اندازه گیری برای سرعت روتور/یا سیگنال های موتور و سیگنال های PWM برای کنترل قدرت سرعت موتور.
موتورهای BLDC بسته به نیازهای کاربردی می توانند سیگنال های PWM با هم تراز یا مرکز هماهنگ داشته باشند. بیشتر برنامه ها فقط به عملکرد تغییر سرعت نیاز دارند و از 6 سیگنال PWM جداگانه جداگانه استفاده می کنند. این بالاترین وضوح را ارائه می دهد. اگر برنامه نیاز به موقعیت یابی سرور ، ترمز انرژی یا وارونگی برق داشته باشد ، سیگنال های PWM با مرکز تکمیلی تکمیلی توصیه می شود.
برای حس موقعیت روتور ، موتورهای BLDC از سنسورهای اثر سالن برای ارائه سنجش موقعیت مطلق استفاده می کنند. این منجر به استفاده از سیم های بیشتر و هزینه های بالاتر می شود. کنترل BLDC بدون سنسور نیاز به سنسورهای سالن را از بین می برد و در عوض از نیروی الکتروموتوری ضد موتور (نیروی الکتروموتور) برای پیش بینی موقعیت روتور استفاده می کند. کنترل بدون سنسور برای برنامه های سرعت متغیر کم هزینه مانند فن ها و پمپ ها بسیار مهم است. در هنگام استفاده از موتورهای BLDC ، کنترل بدون سنسور برای یخچال و کمپرسورهای تهویه مطبوع نیز لازم است.
درج و مکمل زمان بدون بار
بیشتر موتورهای BLDC نیازی به PWM مکمل ، درج زمان بدون بار یا جبران زمان بدون بار ندارند. تنها برنامه های BLDC که ممکن است به این ویژگی ها نیاز داشته باشد ، موتورهای Servo BLDC با کارایی بالا ، موتورهای BLDC هیجان زده موج Sine ، AC بدون برس یا PC Mangorous Motors هستند.
الگوریتم های کنترل
بسیاری از الگوریتم های کنترل مختلف برای تأمین کنترل موتورهای BLDC استفاده می شوند. به طور معمول ، ترانزیستورهای قدرت به عنوان تنظیم کننده خطی برای کنترل ولتاژ موتور استفاده می شوند. این رویکرد هنگام رانندگی موتورهای با قدرت بالا عملی نیست. موتورهای با قدرت بالا باید PWM کنترل شوند و برای ارائه توابع شروع و کنترل به میکروکنترلر نیاز دارند.
الگوریتم کنترل باید سه عملکرد زیر را ارائه دهد:
ولتاژ PWM برای کنترل سرعت موتور
مکانیسمی برای اصلاح و کمبود موتور
روشهای پیش بینی موقعیت روتور با استفاده از حسگرهای الکتروموتوری معکوس یا سنسورهای سالن
از مدولاسیون عرض پالس فقط برای اعمال ولتاژ متغیر در سیم پیچ های موتور استفاده می شود. ولتاژ مؤثر متناسب با چرخه وظیفه PWM است. هنگامی که تعدیل یکسو کننده مناسب به دست می آید ، ویژگی های سرعت گشتاور یک BLDC همانند موتور DC پایین تر است. ولتاژ متغیر می تواند برای کنترل سرعت و گشتاور متغیر موتور استفاده شود.
جابجایی ترانزیستور قدرت متوجه سیم پیچ مناسب در استاتور می شود تا گشتاور بهینه را با توجه به موقعیت روتور تولید کند. در یک موتور BLDC ، MCU باید موقعیت روتور را بشناسد و بتواند در زمان مناسب یکسو کننده را کم کند.
جابجایی یک اصلاح کننده ذوزنقه ای برای موتورهای BLDC
یکی از ساده ترین روش ها برای موتورهای BLDC استفاده از به اصطلاح جابجایی یکسو کننده ذوزنقه است.
چارچوب ساده برای کنترل کننده های نردبان برای موتورهای BLDC
در این شماتیک ، جریان هر بار توسط یک جفت پایانه حرکتی کنترل می شود ، در حالی که ترمینال حرکتی سوم همیشه به صورت الکترونیکی از منبع تغذیه جدا می شود.
از سه دستگاه سالن تعبیه شده در موتور بزرگ برای ارائه سیگنال های دیجیتالی استفاده می شود که موقعیت روتور را در بخش درجه {0}} اندازه گیری می کنند و این اطلاعات را در کنترل کننده موتور ارائه می دهند. از آنجا که جریان جریان در دو سیم پیچ به طور همزمان و صفر در سوم برابر است ، این روش یک بردار فضایی فعلی با تنها یکی از شش جهت مشترک تولید می کند. با هدایت موتور ، جریان در پایانه های موتور یک بار در هر 60 درجه چرخش به صورت الکتریکی تغییر می یابد (اصلاح شده) ، بنابراین بردار فضای فعلی همیشه در نزدیکترین 30 درجه از تغییر فاز 90 درجه است.
کنترل ذوزنقه ای: شکل موج و گشتاور درایو در اصلاح
بنابراین شکل موج فعلی در هر سیم پیچ ، ذوزنقه است ، از صفر شروع می شود و به جریان مثبت و سپس به صفر و سپس به جریان منفی می رود.
این یک بردار فضایی فعلی تولید می کند که با چرخش روتور در 6 جهت مختلف به چرخش متعادل نزدیک می شود.
در برنامه های حرکتی مانند تهویه مطبوع و یخ زدگی ، استفاده از سنسورهای سالن ثابت نیست. از سنسورهای بالقوه معکوس ناشی از سیم پیچ های بدون اتصال می توان برای دستیابی به همان نتایج استفاده کرد.
چنین سیستم های درایو ذوزنقه به دلیل سادگی مدارهای کنترل آنها بسیار متداول هستند ، اما در هنگام اصلاح از مشکلات موج دار گشتاور رنج می برند.
جابجایی اصلاح شده سینوسی برای موتورهای BDLC
جابجایی یکسو کننده ذوزنقه ای برای تأمین کنترل موتور DC بدون برس متعادل و دقیق کافی نیست. این امر عمدتاً به این دلیل است که گشتاور تولید شده در یک موتور بدون برس سه فاز (با یک نیروی الکتروموتور پیشخوان موج سینوسی) توسط معادله زیر تعریف می شود:
گشتاور شافت=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itsin (o +240)]]
کجا:
o زاویه الکتریکی شافت چرخان است
KT ثابت گشتاور موتور است
IR ، IS و آن جریان های فاز است
اگر جریانهای فاز سینوسی هستند: ir {{0}} i 0} Sino ؛=i 0 sin (+120 o) ؛=i0sin ({7 {7}} o)
به دست می آید:
گشتاور شافت {{0}}. 5i0*kt (یک مستقل ثابت از زاویه شافت)
یک کنترلر موتور بدون برس که به صورت سینوسی تصحیح شده است ، تلاش می کند تا سه سیم پیچ موتور را که سه جریان آن به صورت یکنواخت و سینوسی متفاوت است ، حرکت کند. مراحل مرتبط با این جریانها به گونه ای انتخاب می شوند که بردارهای فضایی صاف از جریان روتور را در جهت های متعامد به روتور با تغییر ناچیز تولید می کنند. این امر باعث از بین رفتن گشتاور و پالس های فرمان مرتبط با فرمان شمالی می شود.
به منظور ایجاد یک مدولاسیون سینوسی صاف از جریان موتور به عنوان موتور چرخش ، اندازه گیری دقیق موقعیت روتور مورد نیاز است. دستگاه های سالن فقط یک محاسبه خشن از موقعیت روتور ارائه می دهند که برای این منظور کافی نیست. به همین دلیل ، بازخورد زاویه ای از یک رمزگذار یا دستگاه مشابه مورد نیاز است.
نمودار بلوک ساده کنترل کننده موج سینوس موتور BLDC
از آنجا که جریانهای سیم پیچ باید برای تولید یک بردار فضای روتور ثابت صاف ترکیب شوند ، و از آنجا که هر یک از سیم پیچ های استاتور در زاویه ای از 120 درجه از هم قرار گرفته است ، جریان های موجود در هر بانک سیم باید سینوسی باشد و تغییر فاز 120 داشته باشد درجه اطلاعات موقعیت از رمزگذار برای سنتز دو موج سینوسی با تغییر فاز 120 درجه بین این دو استفاده می شود. سپس این سیگنال ها توسط دستور گشتاور ضرب می شوند تا دامنه موج سینوسی متناسب با گشتاور مورد نیاز باشد. در نتیجه ، دو فرمان جریان سینوسی به درستی مرحله ای هستند ، بنابراین یک بردار فضای جریان استاتور چرخشی در جهت متعامد تولید می کنند.
سیگنال فرمان جریان سینوسی یک جفت کنترل کننده PI را که جریان را در دو سیم پیچ موتور مناسب تعدیل می کند ، خروجی می کند. جریان در سیم پیچ روتور سوم مجموع منفی جریان های سیم پیچ کنترل شده است و بنابراین نمی توان به طور جداگانه کنترل کرد. خروجی هر کنترلر PI به یک تعدیل کننده PWM و سپس به پل خروجی و دو پایانه حرکتی ارسال می شود. ولتاژ اعمال شده به ترمینال حرکتی سوم از مجموع منفی سیگنال های اعمال شده در دو سیم پیچ اول ، به طور مناسب برای سه ولتاژ سینوسی در فاصله 120 درجه از هم جدا شده است.
در نتیجه ، شکل موج جریان خروجی واقعی به طور دقیق سیگنال فرمان جریان سینوسی را ردیابی می کند ، و بردار فضای جریان حاصل به راحتی می چرخد تا در جهت مورد نظر کمی تثبیت و گرا باشد.
نتیجه فرمان یکسو کننده سینوسی از کنترل تثبیت شده با فرمان یکسو کننده ذوزنقه به طور کلی قابل دستیابی نیست. با این حال ، به دلیل راندمان بالای آن در سرعت کم موتور ، با سرعت بالایی از موتور جدا می شود. این در حالی است که با افزایش سرعت ، کنترل کننده های بازگشت فعلی باید سیگنال سینوسی افزایش فرکانس را ردیابی کنند. در عین حال ، آنها باید با افزایش سرعت در دامنه و فرکانس افزایش یابد که در دامنه و فرکانس افزایش می یابد.
از آنجا که کنترل کننده های PI دارای افزایش و پاسخ فرکانس محدود هستند ، اختلالات متغیر زمان به حلقه کنترل فعلی باعث تاخیر فاز و خطاهای در جریان موتور می شود که با سرعت بالاتر افزایش می یابد. این امر در جهت بردار فضای فعلی با توجه به روتور تداخل می یابد ، بنابراین باعث جابجایی از جهت چهارگوش می شود.
هنگامی که این اتفاق بیفتد ، گشتاور کمتری را می توان با مقدار مشخصی از جریان تولید کرد ، بنابراین برای حفظ گشتاور جریان بیشتری لازم است. کارایی کاهش می یابد.
این کاهش با افزایش سرعت ادامه خواهد یافت. در مقطعی ، جابجایی فاز جریان بیش از 90 درجه است. وقتی این اتفاق بیفتد ، گشتاور به صفر کاهش می یابد. از طریق ترکیبی از سینوسی ، سرعت در این نقطه فوق منجر به گشتاور منفی می شود و بنابراین نمی توان تحقق یافت.
2.AC الگوریتم های موتور
کنترل مقیاس
کنترل مقیاس (یا کنترل V/هرتز) یک روش ساده برای کنترل سرعت یک موتور فرمان است
مدل حالت پایدار موتور فرمان عمدتاً برای به دست آوردن فناوری استفاده می شود ، بنابراین عملکرد گذرا امکان پذیر نیست. سیستم حلقه فعلی ندارد. برای کنترل موتور ، منبع تغذیه سه فاز فقط در دامنه و فرکانس متفاوت است.
کنترل بردار یا کنترل جهت گیری میدان مغناطیسی
گشتاور در یک موتور به عنوان تابعی از میدان ها و قله های مغناطیسی استاتور و روتور متفاوت است که این دو میدان برای یکدیگر متعامد هستند. در کنترل مبتنی بر مقیاس ، زاویه بین دو میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی متفاوت است.
کنترل وکتور موفق به ایجاد ارتوگنومیکی دوباره در موتورهای AC می شود. به منظور کنترل گشتاور ، هرکدام جریان را از شار مغناطیسی تولید شده برای دستیابی به پاسخگویی یک دستگاه DC تولید می کنند.
کنترل بردار یک موتور فرماندهی AC شبیه به کنترل یک موتور DC جداگانه است. در یک موتور DC ، انرژی میدان مغناطیسی φ f F ایجاد شده توسط جریان تحریک اگر متعامد به شار آرماتور φa تولید شده توسط جریان آرماتور IA باشد. این میدان های مغناطیسی با توجه به یکدیگر جدا و تثبیت می شوند. در نتیجه ، هنگامی که جریان آرماتور برای کنترل گشتاور کنترل می شود ، انرژی میدان مغناطیسی بی تأثیر باقی می ماند و یک پاسخ سریعتر سریعتر تحقق می یابد.
کنترل میدان گرا (FOC) یک موتور AC سه فاز شامل تقلید از عملکرد یک موتور DC است. تمام متغیرهای کنترل شده به جای AC از نظر ریاضی به DC تبدیل می شوند. گشتاور و شار کنترل مستقل هدف آن.
دو روش کنترل میدانی گرا (FOC) وجود دارد:
کانون مستقیم: جهت زاویه شار روتور به طور مستقیم توسط یک ناظر شار محاسبه می شود.
FOC غیرمستقیم: جهت زاویه شار روتور به طور غیرمستقیم با تخمین یا اندازه گیری سرعت روتور و لغزش بدست می آید.
کنترل بردار نیاز به دانش در مورد موقعیت شار روتور دارد و می تواند با استفاده از دانش جریان ها و ولتاژهای ترمینال (با استفاده از یک مدل پویا از یک موتور القایی AC) توسط الگوریتم های پیشرفته محاسبه شود. با این حال ، از دیدگاه اجرای ، نیاز به منابع محاسباتی بسیار مهم است.
از رویکردهای مختلف می توان برای اجرای الگوریتم های کنترل بردار استفاده کرد. تکنیک های تغذیه ای ، برآورد مدل و تکنیک های کنترل تطبیقی می توانند برای تقویت پاسخ و ثبات استفاده شوند.
کنترل بردار موتورهای AC: یک نگاه عمیق
در قلب یک الگوریتم کنترل بردار دو تبدیل مهم است: تبدیل کلارک ، تبدیل پارک و معکوس آنها. استفاده از انتقال کلارک و پارک امکان کنترل جریان روتور را به منطقه روتور امکان پذیر می کند. این به یک سیستم کنترل روتور اجازه می دهد تا ولتاژ را که باید به روتور تأمین شود ، برای به حداکثر رساندن گشتاور در زیر بارهای مختلف پویا تعیین کند.
تبدیل کلارک: تبدیل ریاضی کلارک یک سیستم سه فاز را به یک سیستم دو مختصات تغییر می دهد:
جایی که IA و IB مؤلفه های Datum متعامد هستند و IO مؤلفه هموپلانار بی اهمیت است
جریان روتور سه فاز در مقابل سیستم مرجع چرخشی
تبدیل پارک: تبدیل پارک ریاضی یک سیستم استاتیک دو جهته را به یک بردار سیستم چرخان تبدیل می کند.
بازنمایی فریم دو فاز توسط Clarke Transformation محاسبه می شود و سپس به ماژول چرخش بردار تغذیه می شود که در آن زاویه θ را می چرخاند تا با قاب های D ، Q متصل به انرژی روتور مطابقت داشته باشد. تبدیل زاویه θ با توجه به معادله فوق تحقق می یابد.
ساختار اساسی کنترل بردار میدان مغناطیسی موتور AC
تبدیل کلارک از جریانهای سه فاز IA ، IB و IC برای محاسبه جریان های دو فاز استاتور محور ISD و ISQ استفاده می کند. این دو جریان در مراحل استاتور ثابت ثابت به ISD و ISQ تبدیل می شوند که به عناصر موجود در پارک تبدیل می شوند ، q. این کار با استفاده از مدل شار موتور برای محاسبه انرژی روتور در فریم های D ، Q انجام می شود. جریان ISD ، ISQ و زاویه شار آنی θ محاسبه شده از مدل شار موتور برای محاسبه گشتاور الکتریکی موتور القایی AC استفاده می شود.
مبانی موتورهای کنترل شده با وکتور
این مقادیر مشتق شده با مقادیر مرجع مقایسه شده و توسط کنترلر PI به روز می شوند.
یکی از مزایای ذاتی کنترل موتور مبتنی بر بردار این است که می توان از همان اصل برای انتخاب مدل ریاضی مناسب برای کنترل هر نوع موتور AC ، PM-AC یا BLDC استفاده کرد.
کنترل بردار موتورهای BLDC
Motors BLDC انتخاب اصلی برای کنترل بردار میدانی است. موتورهای بدون برس با FOC می توانند به راندمان بالاتری ، تا 95 ٪ دست یابند و همچنین در سرعت های بالا بسیار کارآمد هستند.
3. الگوریتم کنترل موتور
موارد زیر شماتیک کنترل موتور پله ای است:
کنترل موتور پله ای معمولاً از جریان درایو دو جهته استفاده می کند و با تعویض سیم پیچ ها به ترتیب ، پله موتور آن محقق می شود. معمولاً 3 دنباله رانندگی برای این نوع موتور پله وجود دارد:
1. درایو پله کامل تک فاز:
در این حالت ، سیم پیچ های آن به ترتیب زیر انرژی می یابد ، AB/CD/BA/DC (BA نشان می دهد که انرژی سیم پیچ AB در جهت مخالف انجام می شود). این دنباله به عنوان حالت تمام مرحله ای تک فاز یا حالت درایو موج شناخته می شود. در هر زمان ، فقط یک مرحله انرژی می یابد.
2. {1}} درایو فاز کامل:
در این حالت ، هر دو مرحله با هم انرژی می گیرند ، به طوری که روتور همیشه بین دو قطب است. این حالت به عنوان دو مرحله ای تمام مرحله شناخته می شود و این حالت دنباله رانندگی طبیعی برای موتورهای دو قطبی است که می تواند حداکثر گشتاور را تولید کند.
3. حالت نیمی از پله:
این حالت ترکیبی از پله های تک فاز و دو فاز در یک قدرت است: قدرت تک فاز ، سپس دو فاز قدرت ، سپس برق تک فاز ... ، بنابراین موتور به نصف کار می کند افزایش مرحله. این حالت به عنوان حالت نیمه مرحله شناخته می شود ، جایی که زاویه مرحله موثر برای هر تحریک موتور به نصف کاهش می یابد و گشتاور خروجی آن پایین تر است.
از هر 3 این حالت می توان برای چرخش در جهت مخالف (خلاف جهت عقربه های ساعت) استفاده کرد ، اما در صورت برگشت سفارش نیست.
به طور معمول ، موتورهای پله ای برای کاهش زاویه پله ، قطب های مختلفی دارند ، با این حال ، تعداد سیم پیچ ها و ترتیب هدایت آنها یکسان است.
4 الگوریتم کنترل DC هدف کلی
کنترل سرعت موتورهای هدف عمومی ، به ویژه آنهایی که از 2 مدار استفاده می کنند:
1 ، کنترل زاویه فاز
2 ، کنترل هلی کوپتر PWM
کنترل زاویه فاز
کنترل زاویه فاز ساده ترین روش کنترل سرعت موتور با هدف کلی است. از طریق تغییر زاویه قوس Triac Point برای کنترل سرعت. کنترل زاویه فاز یک راه حل بسیار اقتصادی است ، با این حال ، کارآیی خیلی زیاد نیست ، تداخل الکترومغناطیسی آسان (EMI).
کنترل زاویه فاز برای موتورهای هدف عمومی
شماتیک فوق مکانیسم کنترل زاویه فاز ، یک کاربرد معمولی از کنترل سرعت TRIAC را نشان می دهد. تغییر مرحله فاز دور از پالس های دروازه TRIAC ولتاژهای کارآمد تولید می کند و در نتیجه سرعت حرکتی مختلف ایجاد می شود و از یک مدار تشخیص متقاطع بیش از حد صفر استفاده می شود تا ایجاد شود تا ایجاد شود. مرجع زمان بندی برای تأخیر در پالس های دروازه.
کنترل هلی کوپتر PWM
کنترل PWM راه حل پیشرفته تر برای کنترل سرعت موتور با هدف کلی است. در این محلول ، قدرت MOFSET یا IGBT ولتاژ خط AC اصلاح شده با فرکانس بالا را روشن می کند ، که به نوبه خود ولتاژ متفاوتی برای موتور ایجاد می کند.
کنترل هلی کوپتر PWM برای موتورهای هدف عمومی
دامنه فرکانس سوئیچینگ به طور معمول برای از بین بردن نویز {0}} khz است. این روش کنترل برای موتورهای با هدف عمومی منجر به کنترل بهتر جریان و عملکرد بهتر EMI و در نتیجه راندمان بالاتر می شود.