Gần đây, một số người bạn đang chơi nhiều động cơ khác nhau, vì động cơ rất quan trọng để điều khiển, điều khiển là ổn định, chính xác, nhanh là mục tiêu cuối cùng của một kỹ sư phần mềm điều khiển, trước hết, bạn có thể chơi một số điều khiển trưởng thành hơn Thuật toán để trải nghiệm, vì vậy đây là bộ sưu tập của phần nội dung này để chia sẻ với bạn.
1.BLDC Thuật toán điều khiển động cơ
Động cơ không chổi than thuộc loại tự ủy thác (chuyển đổi tự định hướng) và do đó phức tạp hơn để kiểm soát.
Điều khiển động cơ BLDC đòi hỏi kiến thức về vị trí và cơ chế rôto mà động cơ trải qua điều khiển điều chỉnh. Đối với điều khiển tốc độ vòng kín, có hai yêu cầu bổ sung, tức là các phép đo cho tín hiệu dòng/hoặc dòng điện động cơ và tín hiệu PWM để điều khiển công suất tốc độ động cơ.
Động cơ BLDC có thể có tín hiệu PWM được liên kết bên hoặc liên kết trung tâm tùy thuộc vào các yêu cầu của ứng dụng. Hầu hết các ứng dụng chỉ yêu cầu hoạt động thay đổi tốc độ và sẽ sử dụng 6 tín hiệu PWM được căn chỉnh bên riêng biệt. Điều này cung cấp độ phân giải cao nhất. Nếu ứng dụng yêu cầu định vị máy chủ, phanh năng lượng hoặc đảo ngược năng lượng, các tín hiệu PWM liên kết với trung tâm bổ sung được khuyến nghị.
Để cảm nhận vị trí rôto, BLDC Motors sử dụng các cảm biến hiệu ứng Hall để cung cấp cảm biến vị trí tuyệt đối. Điều này dẫn đến việc sử dụng nhiều dây hơn và chi phí cao hơn. Điều khiển BLDC không cảm biến giúp loại bỏ nhu cầu về cảm biến Hall và thay vào đó sử dụng lực điện động của động cơ (lực điện động) để dự đoán vị trí rôto. Kiểm soát cảm biến là rất quan trọng đối với các ứng dụng tốc độ thay đổi chi phí thấp như quạt và máy bơm. Điều khiển cảm biến cũng được yêu cầu cho máy nén lạnh và máy nén điều hòa khi sử dụng động cơ BLDC.
Chèn và bổ sung thời gian không tải
Hầu hết các động cơ BLDC không yêu cầu PWM bổ sung, chèn thời gian không tải hoặc bù thời gian không tải. Các ứng dụng BLDC duy nhất có thể yêu cầu các tính năng này là động cơ servo BLDC hiệu suất cao, động cơ BlDC bị kích thích sóng sin, AC không chổi than hoặc động cơ đồng bộ PC.
Thuật toán kiểm soát
Nhiều thuật toán điều khiển khác nhau được sử dụng để cung cấp kiểm soát động cơ BLDC. Thông thường, các bóng bán dẫn điện được sử dụng làm bộ điều chỉnh tuyến tính để điều khiển điện áp động cơ. Cách tiếp cận này không thực tế khi lái động cơ điện cao. Động cơ công suất cao phải được điều khiển PWM và yêu cầu vi điều khiển để cung cấp các chức năng bắt đầu và điều khiển.
Thuật toán điều khiển phải cung cấp ba chức năng sau:
Điện áp PWM để điều khiển tốc độ động cơ
Một cơ chế để khắc phục và đi lại động cơ
Phương pháp dự đoán vị trí rôto bằng cách sử dụng lực điện động ngược hoặc cảm biến hội trường
Điều chế độ rộng xung chỉ được sử dụng để áp dụng điện áp thay đổi cho cuộn dây động cơ. Điện áp hiệu quả tỷ lệ thuận với chu kỳ nhiệm vụ PWM. Khi thu được giao dịch chỉnh lưu thích hợp, các đặc tính tốc độ mô-men xoắn của BLDC giống như các đặc tính của động cơ DC thấp hơn. Điện áp thay đổi có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô -men xoắn biến của động cơ.
Việc đi lại của bóng bán dẫn công suất nhận ra cuộn dây thích hợp trong stato để tạo ra mô -men xoắn tối ưu theo vị trí rôto. Trong động cơ BLDC, MCU phải biết vị trí rôto và có thể đi lại bộ chỉnh lưu vào đúng thời điểm.
Trapezoidal R chỉnh đường cho BLDC Motors
Một trong những phương pháp đơn giản nhất cho các động cơ BLDC là sử dụng cái gọi là giao hoán chỉnh lưu hình thang.
Khung đơn giản hóa cho bộ điều khiển thang cho động cơ BLDC
Trong sơ đồ này, dòng điện sẽ được điều khiển mỗi lần bởi một cặp thiết bị đầu cuối động cơ, trong khi thiết bị đầu cuối động cơ thứ ba luôn bị ngắt điện tử với nguồn điện.
Ba thiết bị hội trường được nhúng trong động cơ lớn được sử dụng để cung cấp tín hiệu kỹ thuật số đo vị trí rôto trong khu vực 60- và cung cấp thông tin này tại bộ điều khiển động cơ. Do dòng hiện tại bằng hai cuộn dây tại một thời điểm và 0 trên phương pháp thứ ba, phương pháp này tạo ra một vectơ không gian hiện tại chỉ có một trong sáu hướng chung. Khi động cơ được điều khiển, dòng điện tại các thiết bị đầu cuối động cơ được chuyển đổi bằng điện (giao dịch được chỉnh lưu) một lần trên 60 độ quay, do đó vectơ không gian hiện tại luôn ở mức gần 30 độ của sự thay đổi pha 90 độ.
Kiểm soát hình thang: Drive Dạng sóng và mô -men xoắn
Do đó, dạng sóng hiện tại trong mỗi cuộn dây là hình thang, bắt đầu từ 0 và đi đến dòng điện dương và sau đó đến 0 và sau đó là dòng điện âm.
Điều này tạo ra một vectơ không gian hiện tại sẽ tiếp cận xoay cân bằng khi nó bước lên theo 6 hướng khác nhau với vòng quay của rôto.
Trong các ứng dụng động cơ như điều hòa không khí và sương giá, việc sử dụng các cảm biến hội trường không phải là một hằng số. Các cảm biến tiềm năng đảo ngược gây ra trong các cuộn dây không liên kết có thể được sử dụng để đạt được kết quả tương tự.
Các hệ thống truyền động hình thang như vậy là rất phổ biến vì sự đơn giản của các mạch điều khiển của chúng, nhưng chúng bị các vấn đề về gợn mô -men xoắn trong quá trình chỉnh lưu.
Chuyển đổi hình sin được chỉnh lưu cho động cơ BDLC
Phương pháp di chuyển chỉnh lưu hình thang là không đủ để cung cấp điều khiển động cơ DC không chổi than cân bằng và chính xác. Điều này chủ yếu là do thực tế là mô-men xoắn được tạo ra trong động cơ không chổi than ba pha (với lực điện từ bộ đếm sóng hình sin) được xác định bởi phương trình sau:
Mô -men xoắn trục=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itin (o +240)]]]
Ở đâu:
o là góc điện của trục quay
KT là hằng số mô -men xoắn của động cơ
Ir, là và nó là dòng pha
Nếu các dòng pha là hình sin: ir {{0}} i 0 Sino; Là=i 0 sin (+120 o); Nó=i0sin (+240 o)
sẽ thu được:
Mô -men xoắn trục {{0}}. 5i0*kt (một không đổi độc lập với góc trục)
Một bộ điều khiển vận động không chổi than được chỉnh lưu hình sin nỗ lực để điều khiển ba cuộn dây động cơ có ba dòng chảy thay đổi trơn tru và hình sin khi động cơ quay. Các pha liên quan của các dòng này được chọn sao cho chúng sẽ tạo ra các vectơ không gian mịn của dòng rôto theo hướng trực giao với rôto với bất biến. Điều này giúp loại bỏ mô -men xoắn gợn sóng và các xung lái liên quan đến tay lái phía bắc.
Để tạo ra một điều chế hình sin trơn tru của dòng động cơ khi động cơ quay, cần phải đo chính xác vị trí rôto. Các thiết bị Hall chỉ cung cấp một tính toán sơ bộ về vị trí rôto, không đủ cho mục đích này. Vì lý do này, phản hồi góc từ bộ mã hóa hoặc thiết bị tương tự là bắt buộc.
Sơ đồ khối đơn giản hóa của bộ điều khiển sóng hình sin động cơ Bldc
Vì các dòng cuộn phải được kết hợp để tạo ra một vectơ không gian rôto hằng số mịn và vì mỗi cuộn dây stator được định vị ở góc cách nhau 120 độ, nên các dòng điện trong mỗi ngân hàng dây phải là hình sin và có sự thay đổi pha 120 độ. Thông tin vị trí từ bộ mã hóa được sử dụng để tổng hợp hai sóng hình sin với sự thay đổi pha 120 độ giữa hai. Các tín hiệu này sau đó được nhân với lệnh mô -men xoắn sao cho biên độ của sóng hình sin tỷ lệ thuận với mô -men xoắn cần thiết. Kết quả là, hai lệnh dòng hình sin được theo đúng cách, do đó tạo ra một vectơ không gian hiện tại quay theo hướng trực giao.
Các tín hiệu lệnh dòng hình sin tạo ra một cặp bộ điều khiển PI điều chỉnh dòng điện trong hai cuộn dây động cơ thích hợp. Dòng điện trong cuộn dây rôto thứ ba là tổng âm của các dòng cuộn được kiểm soát và do đó không thể được điều khiển riêng. Đầu ra của mỗi bộ điều khiển PI được gửi đến bộ điều biến PWM và sau đó đến cầu đầu ra và hai thiết bị đầu cuối động cơ. Điện áp được áp dụng cho thiết bị đầu cuối động cơ thứ ba có nguồn gốc từ tổng âm của các tín hiệu được áp dụng cho hai cuộn dây đầu tiên, được sử dụng một cách thích hợp cho ba điện áp hình sin cách nhau 120 độ.
Kết quả là, dạng sóng dòng đầu ra thực tế theo dõi chính xác tín hiệu lệnh dòng hình sin và vectơ không gian hiện tại kết quả quay trơn tru để được ổn định và định hướng định lượng theo hướng mong muốn.
Kết quả điều khiển chỉnh lưu hình sin của điều khiển ổn định không thể đạt được bằng cách điều khiển chỉnh lưu hình thang nói chung. Tuy nhiên, do hiệu quả cao của nó ở tốc độ động cơ thấp, nó sẽ tách ra ở tốc độ động cơ cao. Điều này là do thực tế là khi tốc độ tăng, bộ điều khiển trả lại hiện tại phải theo dõi tín hiệu hình sin về tần số tăng. Đồng thời, chúng phải vượt qua lực điện từ của động cơ tăng biên độ và tần số khi tốc độ tăng.
Do các bộ điều khiển PI có mức tăng hữu hạn và đáp ứng tần số, các nhiễu loạn bất biến thời gian đối với vòng điều khiển hiện tại sẽ gây ra độ trễ pha và mức độ lỗi trong dòng động cơ tăng với tốc độ cao hơn. Điều này sẽ can thiệp vào hướng của vectơ không gian hiện tại đối với rôto, do đó gây ra sự dịch chuyển từ hướng bậc hai.
Khi điều này xảy ra, mô -men xoắn có thể được tạo ra bởi một lượng dòng điện nhất định, do đó cần có nhiều dòng điện hơn để duy trì mô -men xoắn. Hiệu quả giảm.
Sự giảm này sẽ tiếp tục khi tốc độ tăng. Tại một số điểm, sự dịch chuyển pha của dòng điện vượt quá 90 độ. Khi điều này xảy ra, mô -men xoắn được giảm xuống bằng không. Thông qua sự kết hợp của hình sin, tốc độ tại thời điểm này dẫn đến một mô -men xoắn âm và do đó không thể nhận ra được.
2.ac thuật toán động cơ
Kiểm soát vô hướng
Điều khiển vô hướng (hoặc điều khiển V/Hz) là một phương pháp đơn giản để điều khiển tốc độ của động cơ lệnh
Mô hình trạng thái ổn định của động cơ chỉ huy chủ yếu được sử dụng để có được công nghệ, vì vậy hiệu suất thoáng qua là không thể. Hệ thống không có vòng lặp hiện tại. Để điều khiển động cơ, nguồn cung cấp năng lượng ba pha chỉ thay đổi về biên độ và tần số.
Điều khiển vector hoặc điều khiển định hướng từ trường
Mô -men xoắn trong một động cơ thay đổi như một hàm của từ trường stato và rôto và các đỉnh khi hai trường trực giao với nhau. Trong điều khiển dựa trên vô hướng, góc giữa hai từ trường thay đổi đáng kể.
Điều khiển Vector quản lý để tạo ra sự chỉnh hình một lần nữa trong động cơ AC. Để kiểm soát mô -men xoắn, mỗi mô -men xoắn tạo ra một dòng điện từ thông lượng từ được tạo để đạt được khả năng đáp ứng của máy DC.
Điều khiển vector của một động cơ được chỉ huy AC tương tự như điều khiển động cơ DC được kích thích riêng biệt. Trong một động cơ DC, năng lượng từ trường φ f được tạo ra bởi dòng kích thích nếu trực giao với thông lượng phần ứng φa được tạo ra bởi dòng điện phần ứng IA. Các từ trường này được tách rời và ổn định với nhau. Kết quả là, khi dòng phần ứng được điều khiển để điều khiển mô -men xoắn, năng lượng từ trường vẫn không bị ảnh hưởng và phản ứng thoáng qua nhanh hơn được thực hiện.
Điều khiển hướng trường (FOC) của động cơ AC ba pha bao gồm việc bắt chước hoạt động của động cơ DC. Tất cả các biến được kiểm soát được chuyển đổi về mặt toán học thành DC thay vì AC. Mục tiêu của nó mô -men xoắn điều khiển độc lập và thông lượng.
Có hai phương pháp điều khiển hướng trường (FOC):
FOC trực tiếp: Hướng của góc thông lượng rôto được tính trực tiếp bởi một người quan sát thông lượng.
FOC gián tiếp: Hướng của góc thông lượng rôto thu được gián tiếp bằng cách ước tính hoặc đo tốc độ rôto và trượt.
Điều khiển vector đòi hỏi kiến thức về vị trí của thông lượng rôto và có thể được tính toán bằng các thuật toán nâng cao bằng cách sử dụng kiến thức về dòng điện và điện áp đầu cuối (sử dụng mô hình động của động cơ cảm ứng AC). Tuy nhiên, từ quan điểm thực hiện, nhu cầu về tài nguyên tính toán là rất quan trọng.
Các cách tiếp cận khác nhau có thể được sử dụng để thực hiện các thuật toán điều khiển vector. Các kỹ thuật thức ăn, ước tính mô hình và các kỹ thuật kiểm soát thích ứng đều có thể được sử dụng để tăng cường đáp ứng và ổn định.
Kiểm soát Vector của động cơ AC: Nhìn sâu
Trọng tâm của thuật toán điều khiển vector là hai chuyển đổi quan trọng: chuyển đổi Clark, chuyển đổi công viên và nghịch đảo của chúng. Việc sử dụng các chuyển đổi Clark và Park cho phép điều khiển dòng rôto vào khu vực rôto. Điều này cho phép một hệ thống điều khiển rôto xác định điện áp nên được cung cấp cho rôto để tối đa hóa mô -men xoắn dưới tải trọng thay đổi động.
Chuyển đổi Clark: Chuyển đổi toán học Clark sửa đổi hệ thống ba pha thành hệ thống hai tọa độ:
Trong đó IA và IB là các thành phần của mốc trực giao và IO là thành phần homoplanar không quan trọng
Dòng rôto ba pha so với hệ thống tham chiếu xoay
Chuyển đổi công viên: Chuyển đổi toán học công viên chuyển đổi một hệ thống tĩnh hai chiều thành một vectơ hệ thống quay.
Biểu diễn hai pha, khung được tính toán bằng cách biến đổi Clarke và sau đó được đưa vào mô-đun xoay vector trong đó nó quay góc để khớp với các khung D, Q được gắn vào năng lượng rôto. Việc chuyển đổi góc được thực hiện theo phương trình trên.
Cấu trúc cơ bản của điều khiển vectơ định hướng từ trường của động cơ AC
Biến đổi Clarke sử dụng các dòng điện ba pha IA, IB và IC để tính toán dòng điện trục stato trực giao hai pha ISD và ISQ. Hai dòng điện này trong các pha stator tọa độ cố định được chuyển thành ISD và ISQ, trở thành các yếu tố trong công viên biến đổi d, q. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình thông lượng động cơ để tính toán năng lượng rôto trong các khung D, Q. Các dòng điện ISD, ISQ và góc thông lượng tức thời được tính toán từ mô hình thông lượng động cơ được sử dụng để tính toán mô -men xoắn điện của động cơ cảm ứng AC.
Nguyên tắc cơ bản của động cơ AC được điều khiển vector
Các giá trị dẫn xuất này được so sánh với các giá trị tham chiếu và được cập nhật bởi bộ điều khiển PI.
Một trong những lợi thế vốn có của điều khiển động cơ dựa trên vector là cùng một nguyên tắc có thể được sử dụng để chọn mô hình toán học thích hợp để kiểm soát từng loại động cơ AC, PM-AC hoặc BLDC.
Điều khiển Vector của BLDC Motors
Động cơ BLDC là lựa chọn chính để điều khiển vectơ định hướng trường. Động cơ không chổi than với FOC có thể đạt được hiệu quả cao hơn, lên tới 95%và cũng rất hiệu quả ở tốc độ cao.
3. Thuật toán điều khiển động cơ
Sau đây là sơ đồ điều khiển động cơ bước:
Điều khiển động cơ bước thường sử dụng dòng ổ đĩa hai chiều và bước động cơ của nó được thực hiện bằng cách chuyển đổi cuộn dây theo trình tự. Thông thường có 3 chuỗi lái cho loại động cơ bước này:
1. Ổ đĩa bước đầy đủ một pha:
Trong chế độ này, các cuộn dây của nó được cung cấp năng lượng theo thứ tự sau, AB/CD/BA/DC (BA chỉ ra rằng năng lượng của cuộn dây AB được thực hiện theo hướng ngược lại). Trình tự này được gọi là chế độ All-Stepping một pha hoặc chế độ truyền sóng. Tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ có một pha được cung cấp năng lượng.
2. 2- ổ đĩa toàn bước:
Trong chế độ này, cả hai pha được cung cấp năng lượng với nhau, do đó rôto luôn ở giữa hai cực. Chế độ này được gọi là toàn bộ bước hai pha và chế độ này là trình tự lái xe bình thường cho động cơ hai cực, có thể tạo mô-men xoắn tối đa.
3. Chế độ bước nửa
Chế độ này kết hợp bước một pha và bước hai pha trong một lần tăng sức mạnh: tăng sức mạnh một pha, sau đó tăng sức mạnh hai pha, sau đó tăng sức mạnh một pha ..., do đó động cơ chạy trong một nửa -Spsp tăng. Chế độ này được gọi là chế độ nửa bước, trong đó góc bước hiệu quả cho mỗi kích thích của động cơ bị giảm một nửa và mô-men xoắn đầu ra của nó thấp hơn.
Tất cả 3 chế độ này có thể được sử dụng để xoay theo hướng ngược lại (ngược chiều kim đồng hồ), nhưng không phải nếu thứ tự được đảo ngược.
Thông thường, động cơ bước có nhiều cực để giảm góc bước, tuy nhiên, số lượng cuộn dây và thứ tự chúng được điều khiển vẫn giống nhau.
4 Thuật toán kiểm soát DC mục đích chung
Kiểm soát tốc độ của các động cơ đa năng, đặc biệt là những người sử dụng 2 mạch:
1, điều khiển góc pha
2, Kiểm soát chopper PWM
Kiểm soát góc pha
Điều khiển góc pha là phương pháp đơn giản nhất của điều khiển tốc độ động cơ đa năng. Thông qua thay đổi góc vòng cung Triac Point để kiểm soát tốc độ. Kiểm soát góc pha là một giải pháp rất kinh tế, tuy nhiên, hiệu quả không quá cao, nhiễu điện từ dễ dàng (EMI).
Điều khiển góc pha cho động cơ có mục đích chung
Sơ đồ trên cho thấy cơ chế điều khiển góc pha, một ứng dụng điển hình của điều khiển tốc độ triac. Sự thay đổi pha chu vi của các xung Triac Gate tạo ra điện áp hiệu quả, dẫn đến tốc độ vận động khác nhau và mạch phát hiện quá mức không một tham chiếu thời gian để trì hoãn các xung cổng.
Kiểm soát chopper PWM
Điều khiển PWM là giải pháp, điều khiển tốc độ động cơ có mục đích chung. Trong giải pháp này, MOFSET nguồn hoặc IGBT bật trên điện áp đường AC được chỉnh lưu tần số cao, từ đó tạo ra điện áp khác nhau về thời gian cho động cơ.
Kiểm soát chopper PWM cho các động cơ mục đích chung
Phạm vi tần số chuyển đổi thường là 10-20 kHz để loại bỏ nhiễu. Phương pháp kiểm soát này đối với động cơ có mục đích chung dẫn đến kiểm soát dòng điện tốt hơn và hiệu suất EMI tốt hơn và do đó, hiệu quả cao hơn.