الگوریتم های کنترل موتور: روش های شش مرحله ای، FOC و بدون سنسور توضیح داده شده است.

یک برگه مشخصات می تواند به شما بگوید که یک کنترلر موتور 48 ولت و 60 آمپر را کنترل می کند، اما به شما نمی گوید که موتور در سرعت راه رفتن چگونه صدا می کند، شاسی ربات شما چقدر امواج گشتاور را احساس می کند، یا اینکه آیا موتور همچنان می تواند روی یک تپه شیب دار کنار بکشد. این رفتارها توسط الگوریتم کنترل موتور تعبیه شده در سیستم عامل تعیین می شود. سه خانواده بر کنترل DC بدون جاروبک (BLDC) و موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) غالب هستند: کموتاسیون شش مرحله ای، کنترل میدان گرا (FOC)، و روش های مشاهده گر بدون حسگر. برای اکثر برنامه‌های خودرو و اتوماسیون جدید، FOC با ناظر بدون حسگر پیش‌فرض عملی است، در حالی که شش مرحله یک انتخاب کم‌هزینه برای بارهای ساده است. بخش‌های زیر توضیح می‌دهند که این الگوریتم‌ها چگونه متفاوت هستند و وقتی یک کنترل‌کننده را انتخاب می‌کنید، این تفاوت به چه معناست.

آنچه الگوریتم های کنترل موتور در واقع انجام می دهند

هر الگوریتم کنترل موتور همان حلقه اصلی را اجرا می کند. موقعیت روتور را می‌خواند یا تخمین می‌زند، جریان‌های فاز اندازه‌گیری‌شده را با گشتاور یا سرعت فرمان مقایسه می‌کند، بردارهای ولتاژی را محاسبه می‌کند که این خطا را می‌بندد، و در حین محافظت از مرحله قدرت، آنها را روی اینورتر اعمال می‌کند. این الگوریتم همچنین نرخ های شیب دار، محدودیت های جریان، ترمز احیاکننده و تشخیص عیب را مدیریت می کند.

انتخاب الگوریتم سقف صافی گشتاور، نویز صوتی، کارایی و پاسخ دینامیکی را تعیین می کند. یک میکروکنترلر قدرتمند نمی‌تواند یک حلقه کنترل با ساختار ضعیف را برطرف کند، و یک الگوریتم ساده می‌تواند باعث شود که یک کنترل‌کننده خوب در یک برنامه خودرویی پرمشقت احساس خامی کند.

الگوریتم اصلی خانواده هایی که امروزه استفاده می شود

جابجایی شش مرحله ای (ذوزنقه ای).

کموتاسیون شش مرحله ای به دو مرحله از سه فاز موتور در یک زمان انرژی می دهد و از شش حالت سوئیچینگ عبور می کند. پیاده سازی آن ساده است، از زمان پردازش کمی استفاده می کند و به طور طبیعی با سنسورهای هال کار می کند. نقطه ضعف، موج گشتاور در هر نقطه کموتاسیون و صدای قابل شنیدن در سرعت کم است. شش پله هنوز یک انتخاب معقول برای پمپ ها، فن ها و درایوهای کششی کم هزینه است که در آن صافی کمتر از قیمت اهمیت دارد.

کنترل میدان گرا

کنترل میدان گرا جریان استاتور را به عنوان دو جزء مستقل در نظر می گیرد: یکی که گشتاور تولید می کند و دیگری که میدان مغناطیسی را کنترل می کند. پس از تبدیل کلارک و پارک، دو کنترل کننده PI این اجزا را تنظیم می کنند و مدولاسیون برداری فضا نتیجه را به ولتاژهای سه فاز تبدیل می کند. FOC گشتاور تقریباً ثابت، نویز کم و راندمان بالا را در محدوده سرعت، از جمله در حالت سکون، ارائه می‌کند.

FOC بیش از شش مرحله به محاسبات نیاز دارد، اما این دیگر محدودیتی برای میکروکنترلرهای مدرن نیست. این پیش‌فرض برای موتورسیکلت‌های برقی، موتورهای ربات، قایق‌های دریایی و بیشتر برنامه‌هایی است که به گشتاور قابل پیش‌بینی نیاز دارند.

رصدگرهای بدون حسگر

الگوریتم‌های بدون سنسور موقعیت روتور را از روی ولتاژ و جریان اندازه‌گیری شده تخمین می‌زنند تا از حسگر موقعیت جداگانه. سنسور Back-EMF ساده ترین روش است و در بیش از چند صد دور در دقیقه کار می کند. ناظر حالت کشویی استحکام را در برابر خطای پارامتر و نویز اندازه گیری می افزاید. یک فیلتر کالمن توسعه یافته تخمین های دقیقی را در صورت اختلال ارائه می دهد، اما نیاز به تنظیم دقیق دارد. تزریق فرکانس بالا برجستگی مغناطیسی موتور را تحریک می کند و اطلاعات موقعیت را در سرعت صفر و بسیار کم به شما می دهد.

معاوضه عملی بین هزینه، قابلیت سرعت پایین و رد اختلال است. حذف سنسور هال و سیم‌کشی رمزگذار هزینه را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد، اما تنها در صورتی که چرخه کار به تخمین‌گر اجازه دهد کار خود را انجام دهد.

کنترل اسکالر V/Hz

کنترل اسکالر نسبت ثابتی بین ولتاژ و فرکانس دارد و بیشتر در موتورهای القایی AC استفاده می شود. ساده است و نیازی به بازخورد موقعیت ندارد، اما پاسخ گشتاور آن ضعیف است. در پیشرانه های وسایل نقلیه جمع و جور کمتر دیده می شود زیرا این سیستم ها از موتورهای BLDC یا PMSM استفاده می کنند که در آن FOC یا شش مرحله نتایج بهتری ایجاد می کند.

مقایسه الگوریتم ها بر اساس کاربرد

چرخه های کاری مختلف به نفع الگوریتم های مختلف است. یک موتورسیکلت برقی بیشتر زمان خود را بالای چند صد دور در دقیقه می گذراند، بنابراین FOC بدون سنسور با تخمین EMF عقب، هزینه را بدون آسیب رساندن به عملکرد کروز کاهش می دهد. شروع تپه و مانور با سرعت کم طراحان را به سمت حسگرهای هال برمی گرداند. شاسی ربات باید با دقت به جلو و عقب خزیده شود، که نیاز به سنسور موقعیت یا تزریق فرکانس بالا دارد. هنگامی که پلت فرم یک ربات تحویل دهنده یا یک پایگاه دستکاری سیار است، a کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با واکنش سریع می تواند تفاوت بین درایویی باشد که احساس کندی دارد و درایوی که دستور را فوراً ردیابی می کند.

تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون برس پاسخ سریع R5، کارخانه - Shanghai APT APT تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون برس پاسخ سریع R5 و کارخانه کنترل کننده موتور DC بدون برس پاسخ سریع R5 در C... مشاهده محصول →

یک قایق دریایی برای ساعت ها با سرعت ثابت کار می کند، بنابراین راندمان و پایداری حرارتی بیشتر از پاسخ گذرا اهمیت دارد. یک ATV یا UTV تغییرات بار ناگهانی را در زمین ناهموار می بیند، که به نفع یک ناظر قوی و فضای بالای جریان سخاوتمندانه است. جدول زیر مبادلات رایج را خلاصه می کند.

با جدول به عنوان یک نقطه شروع رفتار کنید نه یک حکم. یک کنترل کننده به خوبی مهندسی شده می تواند بسیاری از این شکاف ها را کاهش دهد زیرا حلقه فعلی و ناظر آن با هم تنظیم شده اند. به همین دلیل است که تجربه فروشنده کنترلر با چرخه های وظیفه واقعی خودرو به اندازه نام الگوریتم در برگه داده اهمیت دارد.

چگونه انتخاب الگوریتم بر انتخاب کنترل کننده تأثیر می گذارد

از آنجا که الگوریتم در نرم افزار تعبیه شده زندگی می کند، سخت افزار و سیستم عامل باید با هم طراحی شوند. موازی سازی ماسفت تعیین می کند که جریان به طور یکنواخت بین فازها تقسیم شود. دقت سنجش جریان، کف را برای حلقه جریان FOC تعیین می کند. قدرت درایو گیت بر تلفات سوئیچینگ و تداخل الکترومغناطیسی تأثیر می گذارد. طراحی حرارتی تعیین می‌کند که کنترل‌کننده چه مدت می‌تواند حداکثر گشتاور را نگه دارد. یک کنترلر با سیلیکون خوب اما سیستم عامل ضعیف تنظیم شده، امواج گشتاور و نویز را نشان می دهد. کنترل‌کننده‌ای با سیستم‌افزار عالی اما سنجش جریان ضعیف قطع یا کاهش می‌یابد. به همین دلیل است که توجه مهندسی اکنون به این موضوع معطوف شده است نقش نرم افزار در کنترل موتور مدرن .

همین منطق در مورد خود موتور نیز صدق می کند. مقاومت استاتور، اندوکتانس فاز و ثابت back-EMF مشخص می کنند که کنترلر چه کاری را می تواند انجام دهد و چه کاری را نمی تواند انجام دهد. کنترل کننده ای که برای 60 A درجه بندی شده است باعث نمی شود یک موتور با همخوانی ضعیف به طور موثر کار کند، و تنظیم FOC تهاجمی می تواند موتوری با جرم حرارتی کم را بیش از حد گرم کند. درخواست جفت شدن موتور و کنترلر معتبر بخشی از فرآیند خرید است، نه یک فکر بعدی.

در سمت سخت افزار، کنترلرهای موتور با کارایی بالا سری T سفت‌افزار FOC با ولتاژ گسترده را با یک پایه برق در نظر گرفته شده برای موتورسیکلت‌های الکترونیکی، E-ATVs، و e-outboards جفت کنید. آنها نمونه ای از طراحی هستند که در آن الگوریتم کنترل و اینورتر در یک خانه توسعه یافته اند، بنابراین سیستم عامل محدودیت های سخت افزار را می داند.

تولید کنندگان کنترلرهای موتور با کارایی بالا سری T، کارخانه APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 مگنت دائمی کنترلرهای موتور سنکرون کارخانه، سری T کنترل موتور با کارایی بالا... مشاهده محصول →

معیارهای ارزیابی عملی برای کنترل کننده های موتور

هنگامی که کنترلرها را با هم مقایسه می کنید، به پشت پیک عدد فعلی نگاه کنید. نکات زیر کنترل کننده ای را که روی کاغذ کار می کند از کنترل کننده ای که در جاده کار می کند جدا می کند.

• تأیید کنید که کدام الگوریتم سیستم عامل واقعاً اجرا می شود. برخی از کنترل‌کننده‌های کم‌هزینه FOC را تبلیغ می‌کنند، اما برای پنهان کردن محدودیت‌های محاسباتی، با سرعت بالا به شش مرحله تغییر می‌دهند.
• بررسی کنید که آیا اجرای FOC بدون حسگر، مبتنی بر هال یا قابل تعویض است. بدون سنسور سیم کشی را کاهش می دهد، اما ممکن است در سرعت بسیار پایین بدون تزریق فرکانس بالا مشکل داشته باشد.
• نحوه تنظیم حلقه فعلی را بپرسید. موتورهای با اندوکتانس فازهای مختلف به بهره‌های متفاوتی نیاز دارند و تنظیم خودکار باعث صرفه‌جویی در ساعت‌ها در هنگام بالا آمدن می‌شود.
• بررسی رفتار اضافه بار، از جمله محدود کردن جریان، کاهش دمایی و بازیابی خطا. این جزئیات تعیین می کند که آیا وسیله نقلیه ایمن متوقف می شود یا سوار را سرگردان می کند.
• نویز آکوستیک را در نظر بگیرید. اگر محصول یک موتور سیکلت الکتریکی یا یک ربات تحویل دهنده است که در نزدیکی افراد کار می کند، سر و صدا یک نقطه فروش است. را کنترل کننده موتور DC بدون براش فوق العاده بی صدا تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک فوق العاده آرام A6، کارخانه - Shanghai APT P APT یک تولید کننده کنترل کننده موتور DC بدون برس بدون جاروبک فوق العاده آرام A6 و کارخانه کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک فوق العاده آرام A6 در چین است... مشاهده محصول → یک مثال عملی از طراحی سینوسی است که نویز کموتاسیون را کم نگه می دارد.

الگوریتم های کنترل موتور نباید تنها از یک نمودار بلوکی انتخاب شوند. ابتدا چرخه کار، محدوده سرعت، بودجه نویز و سرعت کم مورد نیاز وسیله نقلیه خود را تنظیم کنید، سپس کنترلرها را با آن اهداف مقایسه کنید. شش مرحله برای یک فن کاملاً کافی است، FOC نقطه شروع مناسب برای اکثر کاربردهای کششی است، و ناظران بدون حسگر زمانی که محدوده سرعت اجازه می دهد، ابزاری کم هزینه هستند. بهترین کنترلر کنترلی است که الگوریتم، مرحله قدرت و پشتیبانی برنامه آن با مشخصات عملیاتی واقعی محصول شما مطابقت داشته باشد.