Πώς να καταφέρετε πιο αποτελεσματικά τον αλγόριθμο ελέγχου του βηματικού μοτέρ
Στη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των συστημάτων ελέγχου κινήσεων που βασίζονται σε κινητήρες βημάτων, οι μηχανικοί πρέπει να εξετάσουν παράγοντες όπως το κόστος, οι επιδόσεις, η αποδοτικότητα, οι απροσδόκητες προκλήσεις ανάδρασης (όπως μηχανικός συντονισμός) και ο χρόνος ανάπτυξης. Τα σύγχρονα συστήματα ελέγχου κινητήρα αντιμετωπίζουν την πρόκληση να λειτουργούν σε διάφορα αρνητικά περιβάλλοντα και η συνολική αποτελεσματικότητα των παραδοσιακών λύσεων περιορίζεται συχνά από τις χειρότερες συνθήκες που συναντώνται σε ολόκληρο το σύστημα. Προσαρμοστικοί αλγόριθμοι ελέγχου είναι απαραίτητοι για την απόσπαση της μέγιστης απόδοσης ενός βελτιστοποιημένου ηλεκτρομηχανολογικού συστήματος.
Σύστημα χαρτογράφησης
Εάν θέλετε την υψηλότερη απόδοση, πρέπει να χαρτογραφήσετε τις οριακές συνθήκες ολόκληρου του ηλεκτρομηχανολογικού συστήματος. Όλες οι μεταβλητές συστήματος πρέπει να λαμβάνονται υπόψη: θερμοκρασία, μηχανική υποβάθμιση, επιτάχυνση, ταχύτητα, τάση τροφοδοσίας κ.ο.κ. Η αρχιτεκτονική του συστήματος έχει επίσης επίπτωση σε αυτό.
Σε συστήματα ανοιχτού βρόχου, είναι συχνά απαραίτητο να διεγείρουμε τον κινητήρα με χειρότερη περίπτωση κίνησης ρεύματος και ταχύτητας, για αυτό μπορούμε να υποθέσουμε ότι η αποδοτικότητα δεν είναι ο πρωταρχικός στόχος σχεδιασμού για τέτοια συστήματα. Αυτός ο τύπος δοκιμών είναι πολύ χρονοβόρος επειδή το σύστημα πρέπει να επαληθεύεται σε όλες τις τιμές τάσης τροφοδοσίας, θερμοκρασίας και ταχύτητας που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο κινητήρας για την ελαχιστοποίηση του κινδύνου συντονισμού. Κάθε σύστημα βηματικού κινητήρα έχει τη δυνατότητα να αντηχεί, συνήθως επειδή λειτουργεί σε (ή κοντά) στη φυσική συχνότητα του κινητήρα. Η αποφυγή αυτών των περιοχών είναι κρίσιμη, διότι ο συντονισμός μπορεί να προκαλέσει την απώλεια κίνησης του κινητήρα ή την είσοδο σε κατάσταση αναμονής. Ωστόσο, για συστήματα ανοιχτού βρόχου, ο καθορισμός αυτών των περιοχών μπορεί να είναι πολύ δύσκολος.
Ο έλεγχος κλειστού βρόχου συνήθως λαμβάνει δύο μορφές: ένα σύστημα βασισμένο σε αισθητήρες (ελαφρύ ή Hall effect) και ένα σύστημα χωρίς αισθητήρες. Τα συστήματα χωρίς αισθητήρες, επίσης γνωστά ως "συστήματα ημι-κλειστού βρόχου", συνήθως χρησιμοποιούν την τάση που παράγεται από τα πηνία του κινητήρα ως ανατροφοδότηση. Τα συστήματα ελέγχου που βασίζονται σε αισθητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως, αλλά άλλες αλλαγές στον αισθητήρα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην πρακτική χαρτογράφησης. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των συστημάτων χωρίς αισθητήρες είναι ότι πρέπει να διαβάζουν μόνο πληροφορίες σχετικά με τη φυσική κίνηση του κινητήρα. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι το μειωμένο κόστος συστήματος των συστημάτων κλειστού βρόχου ή ημι-κλειστού βρόχου, μειώνοντας παράλληλα την πολυπλοκότητα του συστήματος εξαλείφοντας την ανάγκη για εξωτερικούς αισθητήρες. Ο επιτυχημένος σχεδιασμός απαιτεί κατανόηση των χαρακτηριστικών του οπίσθιου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Χαρτογράφηση SLA
Το οπίσθιο EMF διευκολύνει την εξαγωγή λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με την κίνηση του ηλεκτρομηχανολογικού συστήματος και παρέχει διαγνωστικά δεδομένα. Δημιουργείται τάση μεταξύ των παλμών ρεύματος κίνησης του κινητήρα και της κίνησης του πηνίου του κινητήρα μέσω του μαγνητικού πεδίου του κινητήρα. Αυτές οι πληροφορίες αναφέρονται συχνά ως η ταχύτητα και / ή η γωνία φορτίου (SLA) του κινητήρα. Η γωνιακή ταχύτητα του βηματικού κινητήρα μπορεί να προσεγγιστεί καλά παρακολουθώντας το μέγεθος του οπίσθιου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Το Σχήμα 1 δείχνει τη χαρτογράφηση των ακίδων SLA κατά την οδήγηση ενός συμβατικού βηματικού κινητήρα που είναι τοποθετημένος σε ένα μηχανικό σύστημα χρησιμοποιώντας τον ελεγκτή μοτέρ επιπέδου διαίρεσης AMIS-30522. Αυτές οι πληροφορίες συλλέγονται κατά τη διάρκεια της σάρωσης της εισόδου NXT (η είσοδος ρολογιού που καθορίζει την ταχύτητα διέγερσης του κινητήρα). Καθώς κινείται από αριστερά προς τα δεξιά, η συχνότητα της διέγερσης αυξάνεται και μπορείτε να δείτε ξεκάθαρα τους διαφορετικούς τομείς εργασίας. Η ικανότητα μέτρησης των χαρακτηριστικών του κινητήρα του συνόλου του συστήματος είναι ένα πολύ ισχυρό χαρακτηριστικό της σειράς AMIS-305xx -ιδιαίτερα μπορεί να χειριστεί τις παραδοσιακές προκλήσεις σχεδίασης, αλλά πριν από αυτό, ο σχεδιαστής συστημάτων ανέλυσε μόνο τις επιδόσεις συντονισμού του κινητήρα και είναι δεν αναγνωρίζεται ότι αυτές οι περιοχές μπορεί να αλλάξουν μόλις συναρμολογηθεί ολόκληρη η μηχανική συσκευή.
Το σύστημα ελέγχου κινητήρα μπορεί να δειγματίζει συνεχώς την τάση SLA, και αν αντιμετωπιστεί μια μη φυσιολογική κατάσταση, μπορούν να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα. Δεδομένου ότι η πίσω ηλεκτροκινητική δύναμη είναι ανάλογη της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί βολικά για να ανιχνεύσει το εξωτερικό φορτίο στον άξονα εξόδου και να ρυθμίσει το ρεύμα που τροφοδοτείται στον κινητήρα. Μια άλλη περιοχή όπου τα δεδομένα από τον ακροδέκτη SLA είναι πολύ χρήσιμα είναι όταν ο κινητήρας πρόκειται να εισέλθει στην περιοχή συντονισμού. Με το σχεδιασμό ενός αλγορίθμου για την ταχεία αναγνώριση αυτής της κατάστασης, το σύστημα ελέγχου βηματικών κινητήρων μπορεί να επιταχύνει αμέσως μέσω αυτής της περιοχής για να φτάσει σε μια νέα ασφαλή ταχύτητα.
Το κόκκινο τετράγωνο στην αριστερή πλευρά του Σχήματος 1 υπογραμμίζει την απήχηση στο σύστημα. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην πραγματική εγκατάσταση του κινητήρα, στη θεμελιώδη συχνότητα του συντονισμού του κινητήρα μεταξύ των κλιμακωτών βημάτων ή σε άλλους παράγοντες δεύτερης τάξης. Αυτές είναι συνήθως ζώνες ταχύτητας μεταγωγής που πρέπει να αποφευχθούν. Αν χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία EMF της πίσω ημικύκνωσης, μπορεί να χαρτογραφηθεί εύκολα σε λίγα λεπτά. Αυτό θα βοηθήσει στη μείωση της πίεσης στο ηλεκτρομηχανολογικό σύστημα. Αυτό είναι σημαντικό επειδή η πίεση του συστήματος μπορεί να προκαλέσει αυξημένο θόρυβο, υποβαθμισμένες επιδόσεις και μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της αξιοπιστίας του συστήματος. Το κύριο σημείο αυτής της μεθόδου συλλογής δεδομένων είναι ότι η διαδικασία χαρτογράφησης μπορεί να ολοκληρωθεί χωρίς φυσικές αλλαγές στο σύστημα. Ο μόνος αισθητήρας είναι ο ίδιος ο κινητήρας, επομένως δεν υπάρχει πρόσθετη μηχανική πολυπλοκότητα.
Το κόκκινο τετράγωνο στη δεξιά πλευρά του Σχήματος 1 δείχνει την περιοχή όπου η τρέχουσα μονάδα υπερβαίνει τη χρονική σταθερά RLC του συστήματος, με αποτέλεσμα το υπολειπόμενο ρεύμα στο πηνίο του κινητήρα. Είναι το "όριο ταχύτητας" για αυτό το συγκεκριμένο ηλεκτρομηχανολογικό σύστημα.
Μεταξύ αυτών των δύο περιοχών είναι η συνιστώμενη περιοχή εργασίας του κινητήρα. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η ίδια αντιστοίχιση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό συνθηκών διακοπής όπου ο κινητήρας δεν μπορεί να μετακινηθεί (και έτσι δεν μπορεί να δημιουργήσει οπίσθιο EMF). Στον ελεγκτή συστήματος, αυτή η κατάσταση μπορεί να ελεγχθεί μόνο με τη διαμόρφωση του ελάχιστου ορίου μεταξύ των διεγέρσεων του κινητήρα.
Χρησιμοποιήστε δεδομένα χαρτογράφησης στο σχέδιό σας
Μόλις ολοκληρωθεί η χαρτογράφηση και είναι γνωστό το ιδανικό προφίλ ταχύτητας, μπορεί να επιλεγεί η καλύτερη τιμή SLA. Για ένα δεδομένο σύστημα, θα αντιπροσωπεύει το πιο αποδοτικό σημείο εργασίας. Οι μεταβλητές ελέγχου κινητήρα, όπως η τρέχουσα μετάδοση κίνησης, η επιτάχυνση και η ταχύτητα, μπορούν να ρυθμιστούν δυναμικά για να αποφευχθούν προβλήματα που μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο την απόδοση, όπως μηχανική αντήχηση και υπερβολικό ρεύμα οδήγησης. Το πλεονέκτημα της μεθόδου EMF χωρίς αισθητήρες είναι ότι η ανάδραση από τον αισθητήρα δεν είναι απλή δυαδική πληροφορία αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση λεπτομερών διαγνωστικών πληροφοριών από τον κινητήρα χωρίς την προσθήκη πρόσθετης πολυπλοκότητας του συστήματος που μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε Λεπτές αλλαγές στο SLA για αποζημίωση σε πραγματικό χρόνο για να αποφύγετε τα χαμένα βήματα.
