Récemment vu certains amis jouent une variété de moteurs, car le moteur est important à contrôler, le contrôle est stable, précis, rapide est l'objectif ultime d'un algorithme de contrôle ingénieurs logiciels, tout d'abord, vous pouvez jouer à certains des contrôles les plus matures Algorithmes à expérimenter, voici donc la collection de ce contenu à partager avec vous.
1.BLDC Algorithme de commande du moteur
Les moteurs sans balais sont de type auto-annonçant (commutation d'auto-direction) et sont donc plus complexes à contrôler.
Le contrôle du moteur BLDC nécessite une connaissance de la position et du mécanisme du rotor par lequel le moteur subit une direction de rectification. Pour le contrôle de la vitesse en boucle fermée, il existe deux exigences supplémentaires, c'est-à-dire des mesures pour la vitesse du rotor / ou le courant du moteur et les signaux PWM pour contrôler la puissance de la vitesse du moteur.
Les moteurs BLDC peuvent avoir les signaux PWM alignés par les deux ou centraux en fonction des exigences de l'application. La plupart des applications ne nécessitent que le fonctionnement du changement de vitesse et utiliseront 6 signaux PWM alignés par côté séparé. Cela fournit la résolution la plus élevée. Si l'application nécessite un positionnement du serveur, un freinage énergétique ou une inversion de puissance, les signaux PWM alignés au centre supplémentaires sont recommandés.
Pour ressentir la position du rotor, les moteurs BLDC utilisent des capteurs d'effet Hall pour fournir une détection absolue de position. Il en résulte l'utilisation de plus de fils et de coûts plus élevés. Le contrôle BLDC sans capteur élimine le besoin de capteurs de hall et utilise plutôt la force électromotive du moteur (force électromotive) pour prédire la position du rotor. Le contrôle sans capteur est essentiel pour les applications à vitesse variable à faible coût comme les ventilateurs et les pompes. Un contrôle sans capteur est également nécessaire pour les compresseurs de réfrigérateur et de climatisation lorsque les moteurs BLDC sont utilisés.
Insertion et supplémentation en temps sans charge
La plupart des moteurs BLDC ne nécessitent pas de PWM complémentaire, d'insertion de temps sans chargement ou de compensation de temps sans charge. Les seules applications BLDC qui peuvent nécessiter ces fonctionnalités sont les servomoteurs BLDC à haute performance, les moteurs BLDC excités à l'onde sinusoïdale, les moteurs synchrones PC sans balais ou PC.
Algorithmes de contrôle
De nombreux algorithmes de contrôle différents sont utilisés pour fournir le contrôle des moteurs BLDC. En règle générale, les transistors de puissance sont utilisés comme régulateurs linéaires pour contrôler la tension du moteur. Cette approche n'est pas pratique lors de la conduite de moteurs à haute puissance. Les moteurs haute puissance doivent être contrôlés par PWM et nécessiter un microcontrôleur pour fournir des fonctions de démarrage et de contrôle.
L'algorithme de contrôle doit fournir les trois fonctions suivantes:
Une tension PWM pour contrôler la vitesse du moteur
Un mécanisme pour rectifier et faire la communication du moteur
Méthodes pour prédire la position du rotor en utilisant des capteurs d'électromotive inverse ou des capteurs Hall
La modulation de la largeur d'impulsion est uniquement utilisée pour appliquer une tension variable aux enroulements du moteur. La tension effective est proportionnelle au cycle de service PWM. Lorsque une bonne commutation du redresseur est obtenue, les caractéristiques de la vitesse de couple d'un BLDC sont les mêmes que celles d'un moteur à courant continu inférieur. La tension variable peut être utilisée pour contrôler la vitesse et le couple variable du moteur.
La commutation du transistor de puissance réalise l'enroulement approprié dans le stator pour générer le couple optimal en fonction de la position du rotor. Dans un moteur BLDC, le MCU doit connaître la position du rotor et être capable de communiquer le redresseur au bon moment.
Commutation de redresseur trapézoïdal pour les moteurs BLDC
L'une des méthodes les plus simples pour les moteurs BLDC consiste à utiliser la commutation dite de redresseur trapézoïdal.
Framework simplifié pour les contrôleurs d'échelle pour les moteurs BLDC
Dans ce schéma, le courant doit être contrôlé à chaque fois par une paire de bornes du moteur, tandis que la troisième borne du moteur est toujours déconnectée électroniquement de l'alimentation.
Trois dispositifs de hall intégrés dans le grand moteur sont utilisés pour fournir des signaux numériques qui mesurent la position du rotor dans un secteur de degrés 60- et fournissent ces informations sur le contrôleur du moteur. Étant donné que le flux de courant est égal sur deux enroulements à la fois et zéro sur le troisième, cette méthode produit un vecteur d'espace actuel avec une seule des six directions en commun. Au fur et à mesure que le moteur est dirigé, le courant aux bornes du moteur est commuté électriquement (commutation rectifiée) une fois par 60 degrés de rotation, de sorte que le vecteur d'espace actuel est toujours aux 30 degrés les plus proches du décalage de phase à 90 degrés.
Contrôle trapézoïdal: forme d'onde de conduite et couple à la rectification
La forme d'onde de courant dans chaque enroulement est donc trapézoïdale, commençant à zéro et atteignant un courant positif puis à zéro puis à un courant négatif.
Cela produit un vecteur d'espace actuel qui abordera la rotation équilibrée alors qu'elle monte dans 6 directions différentes avec la rotation du rotor.
Dans les applications motrices comme la climatisation et le glaçage, l'utilisation de capteurs de hall n'est pas une constante. Les capteurs potentiels inversés induits dans les enroulements non liés peuvent être utilisés pour obtenir les mêmes résultats.
Ces systèmes d'entraînement trapézoïdal sont très courants en raison de la simplicité de leurs circuits de contrôle, mais ils souffrent de problèmes d'ondulation de couple pendant la rectification.
Commutation corporelle sinusoïdale pour les moteurs BDLC
La commutation du redresseur trapézoïdal n'est pas suffisante pour fournir un contrôle de moteur à courant continu équilibré et précis. Cela est principalement dû au fait que le couple généré dans un moteur sans balais en trois phases (avec une force de contre-électromotive d'onde sinusoïdale) est défini par l'équation suivante:
Couple de l'arbre=kt [irsin (o) + issin (o +120) + itsin (o +240)]
Où:
O est l'angle électrique de l'arbre rotatif
Kt est le couple constant du moteur
Ir, c'est et ce sont les courants de phase
Si les courants de phase sont sinusoïdaux: ir {{0}} i 0 sino; Est=i 0 sin (+120 o); Il=i0Sin (+240 o)
sera obtenu:
Couple d'arbre {{0}}. 5i0 * kt (une constante indépendante de l'angle de l'arbre)
Un contrôleur de moteur sans pinceau rectifié sinusoïdalement s'efforce de conduire trois enroulements du moteur dont les trois courants varient en douceur et sinusoïdalement lorsque le moteur tourne. Les phases associées de ces courants sont sélectionnées de telle sorte qu'elles produiront des vecteurs d'espace lisse du courant de rotor dans les directions orthogonales vers le rotor avec invariance. Cela élimine l'ondulation du couple et les impulsions de direction associées à la direction nord.
Afin de générer une modulation sinusoïdale en douceur du courant du moteur à mesure que le moteur tourne, une mesure précise de la position du rotor est requise. Les dispositifs de hall ne fournissent qu'un calcul approximatif de la position du rotor, ce qui n'est pas suffisant à cet effet. Pour cette raison, une rétroaction angulaire d'un encodeur ou d'un appareil similaire est nécessaire.
Diagramme de blocs simplifié du contrôleur d'onde sinusoïdal du moteur BLDC
Étant donné que les courants d'enroulement doivent être combinés pour produire un vecteur d'espace de courant de rotor constant lisse, et comme chacun des enroulements du stator est positionné à un angle de 120 degrés, les courants dans chaque banc de fil doivent être sinusoïdaux et ont un décalage de phase de 120 degrés. Les informations de position de l'encodeur sont utilisées pour synthétiser deux ondes sinusoïdales avec un décalage de phase de 120 degrés entre les deux. Ces signaux sont ensuite multipliés par la commande de couple afin que l'amplitude de l'onde sinusoïdale soit proportionnelle au couple requis. En conséquence, les deux commandes de courant sinusoïdal sont correctement progressives, produisant ainsi un vecteur d'espace de courant de stator rotatif dans la direction orthogonale.
Les signaux de commande de courant sinusoïdal sortent une paire de contrôleurs PI qui modulent le courant dans les deux enroulements moteurs appropriés. Le courant dans le troisième enroulement du rotor est la somme négative des courants d'enroulement contrôlés et ne peut donc pas être contrôlé séparément. La sortie de chaque contrôleur PI est envoyée à un modulateur PWM puis au pont de sortie et aux deux bornes du moteur. La tension appliquée à la troisième borne du moteur est dérivée de la somme négative des signaux appliqués aux deux premiers enroulements, utilisés de manière appropriée pour trois tensions sinusoïdales espacées respectivement de 120 degrés.
En conséquence, la forme d'onde de courant de sortie réelle suit avec précision le signal de commande de courant sinusoïdal, et le vecteur d'espace de courant résultant tourne en douceur pour être stabilisé quantitativement et orienté dans la direction souhaitée.
Le résultat de la direction du redresseur sinusoïdal d'un contrôle stabilisé ne peut pas être obtenu par la direction du redresseur trapézoïdal en général. Cependant, en raison de sa grande efficacité à des vitesses de moteur faibles, elle se séparera à des vitesses de moteur élevées. Cela est dû au fait que à mesure que la vitesse augmente, les contrôleurs de retour actuels doivent suivre un signal sinusoïdal d'augmentation de la fréquence. Dans le même temps, ils doivent surmonter la force de contre-électromotive du moteur qui augmente l'amplitude et la fréquence à mesure que la vitesse augmente.
Étant donné que les contrôleurs PI ont un gain fini et une réponse en fréquence, les perturbations invariantes du temps à la boucle de contrôle de courant entraîneront des erreurs de décalage de phase et de gain dans le courant du moteur qui augmentent avec des vitesses plus élevées. Cela interférera avec la direction du vecteur d'espace actuel par rapport au rotor, provoquant ainsi un déplacement de la direction de la quadrature.
Lorsque cela se produit, moins de couple peut être produit par une certaine quantité de courant, donc plus de courant est nécessaire pour maintenir le couple. L'efficacité diminue.
Cette diminution se poursuivra à mesure que la vitesse augmente. À un moment donné, le déplacement en phase du courant dépasse 90 degrés. Lorsque cela se produit, le couple est réduit à zéro. Grâce à la combinaison de sinusoïdale, la vitesse à ce stade ci-dessus entraîne un couple négatif et ne peut donc pas être réalisée.
2.Al algorithmes moteurs
Contrôle scalaire
Le contrôle scalaire (ou le contrôle V / Hz) est une méthode simple pour contrôler la vitesse d'un moteur de commande
Le modèle en régime permanent du moteur de commande est principalement utilisé pour obtenir la technologie, donc les performances transitoires ne sont pas possibles. Le système n'a pas de boucle de courant. Pour contrôler le moteur, l'alimentation en trois phases ne varie que par amplitude et fréquence.
Contrôle vectoriel ou contrôle d'orientation du champ magnétique
Le couple dans un moteur varie en fonction des champs magnétiques du stator et du rotor et des pics lorsque les deux champs sont orthogonaux l'un de l'autre. Dans le contrôle à base de scalaire, l'angle entre les deux champs magnétiques varie considérablement.
Le contrôle vectoriel parvient à créer à nouveau l'orthogonalité dans les moteurs AC. Afin de contrôler le couple, chacun génère un courant à partir du flux magnétique généré pour obtenir la réactivité d'une machine DC.
Le contrôle vectoriel d'un moteur commandé par CA est similaire à la commande d'un moteur CC excité séparément. Dans un moteur à courant continu, l'énergie du champ magnétique φ f généré par le courant d'excitation si elle est orthogonale au flux d'armature φA généré par le courant d'armature IA. Ces champs magnétiques sont découplés et stabilisés les uns par rapport aux autres. En conséquence, lorsque le courant d'armature est contrôlé pour contrôler le couple, l'énergie du champ magnétique reste non affectée et une réponse transitoire plus rapide est réalisée.
Le contrôle orienté sur le terrain (FOC) d'un moteur à courant alternatif triphasé consiste à imiter le fonctionnement d'un moteur à courant continu. Toutes les variables contrôlées sont transformées mathématiquement en DC au lieu d'AC. son couple de contrôle indépendant cible et son flux.
Il existe deux méthodes de contrôle orienté sur le terrain (FOC):
FOC directe: la direction de l'angle de flux de rotor est calculée directement par un observateur de flux.
FOC indirect: la direction de l'angle de flux de rotor est obtenue indirectement en estimant ou en mesurant la vitesse et le glissement du rotor.
Le contrôle du vecteur nécessite une connaissance de la position du flux du rotor et peut être calculé par des algorithmes avancés en utilisant la connaissance des courants et tensions terminaux (en utilisant un modèle dynamique d'un moteur d'induction CA). Cependant, du point de vue de la mise en œuvre, la nécessité de ressources informatiques est cruciale.
Différentes approches peuvent être utilisées pour implémenter des algorithmes de contrôle vectoriel. Les techniques à fond, l'estimation du modèle et les techniques de contrôle adaptatif peuvent toutes être utilisées pour améliorer la réponse et la stabilité.
Contrôle vectoriel des moteurs AC: un look approfondi
Au cœur d'un algorithme de contrôle vectoriel se trouvent deux conversions importantes: la conversion de Clark, la conversion du parc et leur inverse. L'utilisation des transitions Clark et Park permet la commande du courant du rotor dans la zone du rotor. Cela permet à un système de contrôle du rotor de déterminer la tension qui doit être fournie au rotor afin de maximiser le couple sous les charges variant dynamiquement.
Conversion de Clark: la conversion mathématique Clark modifie un système triphasé en un système à deux coordonnées:
où IA et IB sont des composants de la valeur orthogonale et IO est le composant homoplanaire sans importance
Courant du rotor triphasé par rapport au système de référence rotatif
Conversion du parc: La conversion des mathématiques du parc convertit un système statique bidirectionnel en un vecteur de système rotatif.
La représentation en deux phases, le cadre est calculée par la transformation de Clarke, puis alimentée au module de rotation vectorielle où il tourne l'angle θ pour correspondre aux cadres D, Q fixés à l'énergie du rotor. La conversion de l'angle θ est réalisée en fonction de l'équation ci-dessus.
Structure de base de la commande vectorielle orientée vers le champ magnétique du moteur AC
La transformée de Clarke utilise les courants triphasés IA, IB et IC pour calculer les courants de stator orthogonaux à deux phases ISD et ISQ. Ces deux courants dans les phases du stator coordonnées fixes sont transformées en ISD et ISQ, qui deviennent des éléments dans la transformation du parc, q. Cela se fait en utilisant le modèle de flux de moteur pour calculer l'énergie du rotor dans les trames D, Q. Les courants ISD, ISQ et l'angle de flux instantané θ calculé à partir du modèle de flux de moteur sont utilisés pour calculer le couple électrique du moteur d'induction AC.
Fondamentaux des moteurs AC contrôlés par vecteur
Ces valeurs dérivées sont comparées aux valeurs de référence et mises à jour par le contrôleur PI.
L'un des avantages inhérents du contrôle du moteur à base de vecteur est que le même principe peut être utilisé pour sélectionner le modèle mathématique approprié pour contrôler chaque type de moteur AC, PM-AC ou BLDC.
Contrôle vectoriel des moteurs BLDC
Les moteurs BLDC sont le principal choix de contrôle des vecteurs orientés sur le terrain. Les moteurs sans balais avec FOC peuvent atteindre une efficacité plus élevée, jusqu'à 95%, et sont également très efficaces à grande vitesse.
3.Le algorithme de commande du moteur
Ce qui suit est le schéma de contrôle du moteur pas à pas:
Le contrôle du moteur pas à pas utilise généralement un courant d'essai bidirectionnel, et son pas de moteur est réalisé en changeant les enroulements en séquence. Habituellement, il y a 3 séquences de conduite pour ce type de moteur pas à pas:
1. Drive de pas à pas monophasé:
Dans ce mode, ses enroulements sont sous tension dans l'ordre suivant, AB / CD / BA / DC (BA indique que l'énergie de l'enroulement AB est réalisée dans la direction opposée). Cette séquence est connue sous le nom de mode All-Stepping monophasé, ou mode d'entraînement d'onde. À tout moment, une seule phase est sous tension.
2. 2- Phase Full-Step Drive:
Dans ce mode, les deux phases sont sous tension, de sorte que le rotor est toujours entre deux pôles. Ce mode est connu sous le nom de steping complet en deux phases, et ce mode est la séquence de conduite normale pour les moteurs à deux pôles, qui peuvent sortir le couple maximal.
3. Mode de pas de moitié:
Ce mode combine un pas monophasé et un pas biphasé en une mise sous tension: moteur monophasé, puis alimentation biphasée, puis alimentation monophasée ..., donc le moteur fonctionne en deux -Carcaux de pas. Ce mode est connu comme le mode demi-pas, où l'angle de pas effectif pour chaque excitation du moteur est réduit de moitié, et son couple de sortie est plus bas.
Les 3 de ces modes peuvent être utilisés pour tourner dans la direction opposée (dans le sens antihoraire), mais pas si l'ordre est inversé.
En règle générale, les moteurs pas à pas ont plusieurs pôles afin de réduire l'angle de pas, cependant, le nombre d'enroulements et l'ordre dans lequel ils sont entraînés restent les mêmes.
4 Algorithmes de contrôle DC à usage général
Contrôle de vitesse des moteurs à usage général, en particulier ceux qui utilisent 2 circuits:
1, contrôle de l'angle de phase
2, Contrôle de l'hélicoptère PWM
Contrôle de l'angle de phase
Le contrôle de l'angle de phase est la méthode la plus simple de contrôle de la vitesse du moteur à usage général. À travers l'angle de l'arc de point triac pour contrôler la vitesse. Le contrôle de l'angle de phase est une solution très économique, cependant, l'efficacité n'est pas une interférence électromagnétique trop élevée et facile (EMI).
Contrôle de l'angle de phase pour les moteurs à usage général
Le schéma ci-dessus montre le mécanisme de contrôle de l'angle de phase, une application typique du contrôle de la vitesse TRIA Une référence de synchronisation pour retarder les impulsions de porte.
Contrôle de l'hélicoptère PWM
Le contrôle PWM est la solution plus avancée pour le contrôle de vitesse du moteur à usage général. Dans cette solution, le mofset de puissance ou IGBT tourne la tension de ligne AC rectifiée à haute fréquence, qui à son tour génère une tension variant dans le temps pour le moteur.
Contrôle des hachoirs PWM pour les moteurs à usage général
La plage de fréquences de commutation est généralement 10-20 KHz pour éliminer le bruit. Cette méthode de contrôle des moteurs à usage général entraîne un meilleur contrôle actuel et de meilleures performances EMI et, par conséquent, une efficacité plus élevée.