شاهد بعض الأصدقاء مؤخرًا يلعبون مجموعة متنوعة من المحركات ، لأن المحرك مهم للتحكم ، والتحكم مستقر ودقيق ، وسريع هو الهدف النهائي لمهندسي برمجيات خوارزمية التحكم ، أولاً وقبل كل شيء ، يمكنك لعب بعض التحكم الأكثر نضجًا خوارزميات لتجربة ، لذلك هنا مجموعة من هذه المحتوى لمشاركتها معك.
1.BLDC خوارزمية التحكم في المحرك
المحركات بدون فرش من نوع التوازن الذاتي (تبديل التوجيه الذاتي) وبالتالي فهي أكثر تعقيدًا للتحكم.
يتطلب التحكم في محرك BLDC معرفة موضع الدوار والآلية التي يخضع بها المحرك في توجيه التصحيح. للتحكم في سرعة الحلقة المغلقة ، هناك متطلبات إضافية ، أي قياسات لسرعة الدوار/أو التيار المحرك و PWM إشارات للتحكم في طاقة سرعة المحرك.
يمكن أن تحتوي محركات BLDC على إشارات PWM ذات المحاذاة الجانبية أو المحاذاة المركزية وفقًا لمتطلبات التطبيق. تتطلب معظم التطبيقات عملية تغيير السرعة فقط وستستخدم 6 إشارات PWM جانبية منفصلة. هذا يوفر أعلى دقة. إذا كان التطبيق يتطلب وضع الخادم أو فرملة الطاقة أو انعكاس الطاقة ، يوصى بإشارات PWM المحاذاة المركز الإضافي.
لاستشعار موضع الدوار ، تستخدم محركات BLDC أجهزة استشعار تأثير القاعة لتوفير استشعار المطلق. ينتج عن هذا استخدام المزيد من الأسلاك وارتفاع التكاليف. يزيل التحكم في Sensorless BLDC الحاجة إلى أجهزة استشعار القاعة ويستخدم بدلاً من ذلك قوة محرك الكهروموتيف (قوة الميل الكهربائي) للتنبؤ بوضع الدوار. يعد التحكم بدون استشعار أمرًا ضروريًا لتطبيقات السرعة المتغيرة منخفضة التكلفة مثل المعجبين والمضخات. مطلوب التحكم بدون استشعار أيضًا لضواغط الثلاجة والتكييف عند استخدام محركات BLDC.
إدراج وقت تحميل ومكملات
لا تتطلب معظم محركات BLDC PWM التكميلية ، أو إدخال وقت التحميل ، أو تعويض وقت التحميل. تطبيقات BLDC الوحيدة التي قد تتطلب هذه الميزات هي محركات BLDC Servo عالية الأداء ، ومحركات BLDC متحمسة الموجة الجيبية ، أو AC بدون فرش ، أو محركات متزامنة للكمبيوتر الشخصي.
الخوارزميات السيطرة
تُستخدم العديد من خوارزميات التحكم المختلفة لتوفير التحكم في محركات BLDC. عادةً ما يتم استخدام ترانزستورات الطاقة كمنظمين خطيين للتحكم في الجهد الحركي. هذا النهج ليس عمليًا عند قيادة محركات الطاقة العالية. يجب التحكم في محركات الطاقة العالية PWM وتتطلب متحكمًا لتوفير وظائف البدء والتحكم.
يجب أن توفر خوارزمية التحكم الوظائف الثلاث التالية:
جهد PWM للتحكم في سرعة المحرك
آلية لتصحيح وتنقل المحرك
طرق للتنبؤ بوضع الدوار باستخدام قوة الدعاوى الكهربائية العكسية أو أجهزة استشعار القاعة
يستخدم تعديل عرض النبض فقط لتطبيق جهد متغير على لفات المحرك. الجهد الفعال يتناسب مع دورة عمل PWM. عندما يتم الحصول على تخفيف المقوم المناسب ، فإن خصائص سرعة عزم الدوران لـ BLDC هي نفس خصائص محرك DC السفلي. يمكن استخدام الجهد المتغير للتحكم في السرعة وعزم الدوران المتغير للمحرك.
يدرك تخفيف ترانزستور الطاقة اللف المناسب في الجزء الثابت لتوليد عزم الدوران الأمثل وفقًا لموضع الدوار. في محرك BLDC ، يجب أن يعرف MCU موضع الدوار وأن يكون قادرًا على تنقل المقوم في الوقت المناسب.
انطلاق مقوم شبه منحرف لمحركات BLDC
واحدة من أبسط الطرق لمحركات BLDC هي استخدام ما يسمى بتخفيف مقوم شبه المنحرف.
إطار عمل مبسط لوحدات تحكم السلم لمحركات BLDC
في هذا التخطيطي ، يتم التحكم في التيار في كل مرة بواسطة زوج من المحطات المحركية ، في حين أن محطة المحرك الثالثة يتم فصلها إلكترونيًا دائمًا عن مصدر الطاقة.
يتم استخدام ثلاثة أجهزة قاعة مضمنة في المحرك الكبير لتوفير إشارات رقمية تقيس موضع الدوار في قطاع {0}} وتوفير هذه المعلومات في وحدة التحكم في المحرك. نظرًا لأن التدفق الحالي متساوٍ في اللفاتين في وقت واحد وبصفر في الثالث ، فإن هذه الطريقة تنتج متجهًا للفضاء الحالي مع واحد فقط من ستة اتجاهات مشتركة. عند توجيه المحرك ، يتم تبديل التيار في محطات المحرك كهربائيًا (تخفيف مصحح) مرة واحدة لكل 60 درجة من الدوران ، وبالتالي يكون متجه المساحة الحالي دائمًا عند أقرب 30 درجة من تحول طور 90 درجة.
التحكم شبه المنحرف: محرك الموجة وعزم الدوران عند التصحيح
لذلك فإن الشكل الموجي الحالي في كل لفه شبه منحرف ، يبدأ من الصفر ويذهب إلى التيار الإيجابي ثم إلى الصفر ثم إلى التيار السلبي.
ينتج هذا متجه الفضاء الحالي الذي سيقترب من الدوران المتوازن لأنه يتجه في 6 اتجاهات مختلفة مع دوران الدوار.
في التطبيقات الحركية مثل تكييف الهواء والصقيع ، فإن استخدام أجهزة استشعار القاعة ليس ثابتًا. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار المحتملة العكسية الناجمة عن اللفات غير المرتبطة لتحقيق نفس النتائج.
هذه أنظمة محرك شبه المنحرف شائعة جدًا بسبب بساطة دوائر السيطرة الخاصة بهم ، لكنها تعاني من مشاكل تموج عزم الدوران أثناء التصحيح.
تخفيف تصحيح الجيوب الأنفية لمحركات BDLC
تخفيف المقوم شبه المنحرف لا يكفي لتوفير التحكم في محرك DC متوازن ودقيق بدون فرش. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن عزم الدوران الذي تم إنشاؤه في محرك بدون فرش من ثلاثة مراحل (مع قوة الجيوب الجيبية لمضادة الكهرومتر) يتم تعريفه بالمعادلة التالية:
عمود العمود=kt [irsin (o) + issin (o +120) + Itsin (o +240)]]
أين:
O هي الزاوية الكهربائية للعمود الدوار
KT هو ثابت عزم الدوران للمحرك
IR ، وهي التيارات المرحلة
إذا كانت التيارات الطور هي الجيوب الأنفية: ir {{0}} i 0 sino ؛ IS=i 0 sin (+120 o) ؛ it=i0sin (+240 o)
سيتم الحصول عليها:
عزم الدوران رمح {0}}. 5i0*kt (ثابت مستقل عن زاوية العمود)
تسعى وحدة تحكم المحرك بدون فرش مصححة من الجيوب الأنفية لدفع ثلاثة لفائف محركية لها تيارات التي تختلف تيارات ثلاثية بسلاسة وجيبية مع تدوير المحرك. يتم اختيار المراحل المرتبطة بهذه التيارات بحيث تنتج ناقلات مساحة ناعمة لتيار الدوار في اتجاهات متعامدة مع الدوار مع الثبات. هذا يلغي تموج عزم الدوران ونبضات التوجيه المرتبطة بالتوجيه الشمالي.
من أجل توليد تعديل جيب ناعم للتيار المحرك مع تدوير المحرك ، يلزم قياس دقيق لموضع الدوار. توفر أجهزة القاعة حسابًا تقريبيًا لموضع الدوار ، وهو ما لا يكفي لهذا الغرض. لهذا السبب ، يلزم التغذية المرتدة من تشفير أو جهاز مشابه.
مخطط كتلة مبسط من وحدة تحكم موجة Sine Motion BLDC
نظرًا لأنه يجب دمج التيارات المتعرجة لإنتاج ناقل مساحة تيار دوار ثابت ناعم ، وبما أن كل من لفات الثابت يتم وضعها بزاوية 120 درجة على حدة ، يجب أن تكون التيارات في كل ضفة سلكية الجيوب الأنفية ولها تحول مرحلة 120 درجات. يتم استخدام معلومات الموضع من المشفر لتجميع موجات جيبية مع تحول المرحلة 120 درجة بين الاثنين. ثم يتم ضرب هذه الإشارات بواسطة أمر عزم الدوران بحيث تتناسب سعة الموجة الجيبية مع عزم الدوران المطلوب. نتيجة لذلك ، يتم التدريب على أوامر الجيوب الأنفية الحالية بشكل صحيح ، مما ينتج عنه متجه مساحات تيار ثابت في الاتجاه المتعامد.
يشير الأمر الحالي للجيوب الأنفية إلى إخراج زوج من وحدات تحكم PI التي تعدل التيار في اللفات المحركية المناسبة. التيار في لف الدوار الثالث هو المبلغ السلبي لتيارات اللف التي يتم التحكم فيها وبالتالي لا يمكن التحكم فيها بشكل منفصل. يتم إرسال إخراج كل وحدة تحكم PI إلى مُعدِّل PWM ثم إلى جسر الإخراج ومحطتي المحرك. يتم اشتقاق الجهد المطبق على محطة المحرك الثالث من المبلغ السلبي للإشارات المطبقة على أول لفلين ، يستخدم بشكل مناسب لثلاثة فولتية من الجيوب الأنفية متباعدة 120 درجة على التوالي.
نتيجة لذلك ، يتتبع الشكل الموجي الحالي للإخراج الفعلي إشارة الأوامر الجيبية الحالية ، ويتم تدوير ناقل المساحة الحالي الناتج بسلاسة ليتم تثبيته وتوجيهه كميًا في الاتجاه المطلوب.
لا يمكن تحقيق نتيجة توجيه المقوم الجيبي للسيطرة المستقرة عن طريق توجيه المقوم شبه المنحرف بشكل عام. ومع ذلك ، نظرًا لكفاءتها العالية بسرعات محرك منخفضة ، سيفصل بسرعات محرك عالية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع زيادة السرعة ، يجب على وحدات التحكم في الإرجاع الحالية تتبع إشارة الجيوب الأنفية لزيادة التردد. في الوقت نفسه ، يجب عليهم التغلب على قوة المحرك الكهربائي المضاد للمحرك الذي يزداد في السعة والتردد مع زيادة السرعة.
نظرًا لأن وحدات التحكم في PI لديها مكاسب محدودة واستجابة للتردد ، فإن الاضطرابات المتغيرة للوقت إلى حلقة التحكم الحالية ستؤدي إلى تأخر الطور واكتساب أخطاء في التيار المحرك الذي يزداد مع سرعات أعلى. سيتداخل هذا مع اتجاه متجه الفضاء الحالي فيما يتعلق بالدوار ، مما يتسبب في إزاحة من اتجاه التربيع.
عند حدوث ذلك ، يمكن إنتاج عزم دوران أقل من خلال كمية معينة من التيار ، لذلك مطلوب المزيد من التيار للحفاظ على عزم الدوران. تنخفض الكفاءة.
سيستمر هذا الانخفاض مع زيادة السرعة. في مرحلة ما ، يتجاوز إزاحة الطور للتيار 90 درجة. عندما يحدث هذا ، يتم تقليل عزم الدوران إلى الصفر. من خلال مزيج من الجيوب الأنفية ، تؤدي السرعة في هذه المرحلة أعلاه إلى عزم دوران سلبي وبالتالي لا يمكن تحقيقه.
2.AC خوارزميات المحرك
السيطرة العددية
يعد التحكم العددي (أو التحكم V/Hz) طريقة بسيطة للتحكم في سرعة محرك الأمر
يستخدم نموذج الحالة الثابتة لمحرك القيادة بشكل أساسي للحصول على التكنولوجيا ، لذلك لا يمكن الأداء العابر. لا يحتوي النظام على حلقة حالية. للتحكم في المحرك ، يختلف مصدر الطاقة ثلاثي الطور فقط في السعة والتردد.
التحكم في المتجه أو التحكم في اتجاه المجال المغناطيسي
يختلف عزم الدوران في المحرك كدالة للثابت والمغناطيسي الدوار والقمم عندما يكون الحقلان متعامدًا مع بعضهما البعض. في التحكم القائم على العددية ، تختلف الزاوية بين الحقول المغناطيسية بشكل كبير.
تمكنت التحكم في المتجه من خلق التعامد مرة أخرى في محركات AC. من أجل التحكم في عزم الدوران ، يولد كل منها تيارًا من التدفق المغناطيسي المولد لتحقيق استجابة آلة DC.
يشبه التحكم في المتجه في محرك AC الذي تم توجيهه للتحكم في محرك DC متحمس بشكل منفصل. في محرك DC ، طاقة المجال المغناطيسي الناتج عن تيار الإثارة إذا كان متعامدًا لتدفق التسليح φa الناتج عن IA الحالي. يتم فصل هذه الحقول المغناطيسية واستقرارها فيما يتعلق ببعضها البعض. نتيجة لذلك ، عندما يتم التحكم في تيار التسليح للتحكم في عزم الدوران ، تظل طاقة المجال المغناطيسي غير متأثرة ويتم تحقيق استجابة عابرة أسرع.
يتكون التحكم الموجهة نحو المجال (FOC) لمحرك AC ثلاثي الطور من محاكاة تشغيل محرك DC. يتم تحويل جميع المتغيرات التي يتم التحكم فيها رياضيا إلى DC بدلاً من AC. عزم الدوران المستقلة المستقلة وتدفقه.
هناك طريقتان للتحكم الموجهة نحو المجال (FOC):
FOC المباشر: يتم حساب اتجاه زاوية تدفق الدوار مباشرة بواسطة مراقب التدفق.
FOC غير المباشر: يتم الحصول على اتجاه زاوية تدفق الدوار بشكل غير مباشر عن طريق تقدير أو قياس سرعة الدوار والانزلاق.
يتطلب التحكم في المتجه معرفة موضع تدفق الدوار ويمكن حسابها بواسطة خوارزميات متقدمة باستخدام معرفة التيارات الطرفية والجهد (باستخدام نموذج ديناميكي لمحرك تحريض AC). ومع ذلك ، من وجهة نظر التنفيذ ، فإن الحاجة إلى الموارد الحسابية أمر بالغ الأهمية.
يمكن استخدام طرق مختلفة لتنفيذ خوارزميات التحكم في المتجه. يمكن استخدام تقنيات التغذية وتقدير النماذج وتقنيات التحكم التكيفي لتعزيز الاستجابة والاستقرار.
التحكم في المتجهات لمحركات التيار المتردد: نظرة متعمقة
في قلب خوارزمية التحكم في المتجهات ، هناك تحويلان مهمان: تحويل Clark ، وتحويل الحديقة وعكسها. يسمح استخدام التحولات Clark و Park بالتحكم في تيار الدوار في منطقة الدوار. يسمح هذا لنظام التحكم في الدوار بتحديد الجهد الذي يجب توفيره إلى الدوار من أجل زيادة عزم الدوران إلى الحد الأقصى تحت الأحمال المتغيرة ديناميكيًا.
تحويل Clark: يقوم التحويل الرياضي Clark بتعديل نظام ثلاثي الطور إلى نظام ذو تنسيق ثنائي:
عندما يكون IA و IB مكونات من مسند متعامد و IO هو المكون غير المهمة للمبتدئين
تيار الدوار ثلاثي الطور مقابل نظام مرجعي دوار
تحويل Park: يحول Math Conversion Park نظامًا ثابتًا ثنائي الاتجاه إلى متجه نظام الدوران.
يتم حساب تمثيل الإطار ثنائي الطور عن طريق تحويل كلارك ثم يتم تغذيته إلى وحدة دوران المتجه حيث يدور الزاوية θ لتطابق إطارات d ، Q متصلة بطاقة الدوار. يتحقق تحويل الزاوية θ وفقًا للمعادلة أعلاه.
الهيكل الأساسي للتحكم المتجه الموجهة نحو المجال المغناطيسي لمحرك التيار المتردد
يستخدم Clarke Transform تيارات التيارات ثلاثية المراحل IA و IB و IC لحساب التيارات ذات المحور الثابت على ثنائي الطور ISD و ISQ. يتم تحويل هاتين التيار في مراحل الثابت ذات الإحداثيات الثابتة إلى ISD و ISQ ، والتي تصبح عناصر في The Park Transform D ، Q. يتم ذلك باستخدام نموذج تدفق المحرك لحساب طاقة الدوار في إطارات D ، Q. تُستخدم التيارات ISD و ISQ وزاوية التدفق الفوري θ المحسوبة من نموذج تدفق المحرك لحساب عزم الدوران الكهربائي لمحرك تحريض AC.
أساسيات محركات AC التي تسيطر عليها المتجه
تتم مقارنة هذه القيم المشتقة بالقيم المرجعية وتحديثها بواسطة وحدة تحكم PI.
تتمثل إحدى المزايا المتأصلة في التحكم في المحرك المستندة إلى المتجه إلى أنه يمكن استخدام نفس المبدأ لتحديد النموذج الرياضي المناسب للتحكم في كل نوع من محرك AC أو PM-AC أو BLDC.
التحكم في المتجهات في محركات BLDC
محركات BLDC هي الخيار الرئيسي للتحكم في المتجهات الموجهة نحو المجال. يمكن للمحركات بدون فرش مع FOC تحقيق كفاءة أعلى ، تصل إلى 95 ٪ ، كما أنها فعالة للغاية في سرعات عالية.
3. خوارزمية التحكم في المحرك
فيما يلي مخطط التحكم في محرك السائر:
عادةً ما يستخدم التحكم في محرك السائر تيار محرك ثنائي الاتجاه ، ويتحقق انطلاق محركه عن طريق تبديل اللفات بالتسلسل. عادة ما يكون هناك 3 تسلسل قيادة لهذا النوع من محرك السائر:
1. محرك السائر الكامل مرحلة واحدة:
في هذا الوضع ، يتم تنشيط لفاتها بالترتيب التالي ، AB/CD/BA/DC (تشير BA إلى أن تنشيط اللف AB يتم تنفيذه في الاتجاه المعاكس). يُعرف هذا التسلسل باسم وضع All-stepping أحادي الطور ، أو وضع محرك الموجة. في أي وقت ، يتم تنشيط مرحلة واحدة فقط.
2.
في هذا الوضع ، يتم تنشيط كلتا المرحلتين معًا ، بحيث يكون الدوار دائمًا بين قطبين. يُعرف هذا الوضع باسم ثنائي الطور الكامل ، وهذا الوضع هو تسلسل القيادة العادي للمحركات ثنائية القطب ، والذي يمكن أن يخرج عزم الدوران الأقصى.
3. وضع النصف النصف:
يجمع هذا الوضع بين التنقل أحادي الطور والخطوة على طور واحد في طاقة واحدة: طاقة أحادية الطور ، ثم طاقة ثنائية الطور ، ثم طاقة أحادية الطور ... ، وبالتالي فإن المحرك يعمل إلى نصفين زيادات خطوة. يُعرف هذا الوضع باسم وضع نصف الخطوة ، حيث يتم تقليل زاوية الخطوة الفعالة لكل إثارة للمحرك بمقدار النصف ، وعزم دوران الإخراج أقل.
يمكن استخدام جميع هذه الأوضاع الثلاثة للتدوير في الاتجاه المعاكس (عكس اتجاه عقارب الساعة) ، ولكن ليس إذا تم عكس الترتيب.
عادةً ما يكون لدى محركات السائر أعمدة متعددة من أجل تقليل زاوية الخطوة ، ومع ذلك ، لا يزال عدد اللفات والترتيب الذي يتم قيادته هو نفسه.
4 خوارزميات التحكم في الغرض العام DC
التحكم في السرعة للمحركات للأغراض العامة ، وخاصة أولئك الذين يستخدمون دوائران:
1 ، التحكم في زاوية الطور
2 ، PWM Chopper Control
مرحلة التحكم في زاوية
التحكم في زاوية الطور هو أبسط طريقة للتحكم في سرعة المحرك للأغراض العامة. من خلال تغيير زاوية قوس النقطة الثلاثية للتحكم في السرعة. يعد التحكم في زاوية الطور حلاً اقتصاديًا للغاية ، ومع ذلك ، فإن الكفاءة ليست عالية جدًا وسهلة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
مرحلة التحكم في زاوية المحركات للأغراض العامة
يوضح التخطيطي أعلاه آلية التحكم في زاوية الطور ، وتطبيق نموذجي للتحكم في سرعة ثلاثي. مرجع توقيت لتأخير نبضات البوابة.
PWM مروحية التحكم
التحكم في PWM هو الحل الأكثر تقدمًا للتحكم في سرعة المحرك للأغراض العامة. في هذا الحل ، تعمل MOFSET ، أو IGBT على تشغيل جهد خط التيار المتردد المصحح للتردد العالي ، والذي بدوره يولد جهدًا مختلفًا للمحرك.
PWM Chopper Control لمحركات الأغراض العامة
عادةً ما يكون نطاق تردد التبديل 10-20 khz للقضاء على الضوضاء. تؤدي طريقة التحكم في المحركات للأغراض العامة إلى تحكم تيار أفضل وأداء EMI بشكل أفضل ، وبالتالي ، كفاءة أعلى.