Kako učinkovito nadzirati upravljački algoritam stepper motora
U optimizaciji dizajna sustava kontrole kretanja na osnovi motora s kormilom, inženjeri moraju uzeti u obzir čimbenike kao što su troškovi, performanse, učinkovitost, neočekivani izazovi s povratnim informacijama (poput mehaničke rezonancije) i vrijeme razvoja. Suvremeni sustavi upravljanja motorom suočeni su s izazovom rada u različitim nepovoljnim okruženjima, a ukupna učinkovitost tradicionalnih rješenja često je ograničena najgorim okolnostima s kojima se susreće cijeli sustav. Adaptivni upravljački algoritmi su neophodni za ekstrakciju maksimalne učinkovitosti optimiziranog elektromehaničkog sustava.
Mapiranje sustava
Ako želite maksimalnu učinkovitost, morate odrediti granične uvjete cijelog elektromehaničkog sustava. Treba razmotriti sve varijable sustava: temperatura, mehanička razgradnja, ubrzanje, brzina, napon napajanja i tako dalje. Arhitektura sustava također ima utjecaj na to.
U sustavima otvorene petlje često je potrebno uzbuditi motor s najtežim trenutnim pogonom i profilima brzine, tako da možemo pretpostaviti da učinkovitost nije primarni cilj dizajna za takve sustave. Ova vrsta testiranja vrlo je vremena jer sustav mora biti verificiran pri svim naponima napajanja, temperaturi i brzini koje motor može koristiti kako bi se smanjio rizik od rezonancije. Svaki sustav pokretnih motora ima potencijal rezoniranja, obično zato što djeluje na (ili u neposrednoj blizini) prirodne frekvencije motora. Izbjegavanje ovih područja je kritično, jer rezonancija može uzrokovati da motor izgubi pokret ili uđe u stanje stanja. Međutim, za sustave otvorene petlje, određivanje tih područja može biti vrlo teško.
Kontrola zatvorene petlje obično traje dva oblika: sustav temeljen na senzoru (svjetlosni ili Hallov efekt) i senzor bez sustava. Senzorni sustavi, također poznati kao "polu-zatvoreni sustavi petlje", obično koriste napon generiran motornim svitcima kao povratnu informaciju. Sustavi kontrole temeljeni na senzorima su naširoko korišteni, ali druge promjene senzora moraju se uzeti u obzir pri praćenju karata. Velika prednost sustava bez senzora je da trebaju samo pročitati informacije o fizičkom kretanju motora. Druga važna prednost je smanjeni trošak sustava zatvorenih petlji ili polu-zatvorenih petlji sustava, istovremeno smanjujući složenost sustava eliminirajući potrebu za vanjskim senzorima. Uspješan dizajn zahtijeva razumijevanje karakteristika stražnjeg EMF-a.
SLA mapiranje
Natrag EMF olakšava vađenje detaljnih informacija vezanih uz kretanje elektromehaničkog sustava i pruža dijagnostičke podatke. Napon se stvara između impulsa pogonskog impulsa motora i kretanja motorne zavojnice kroz magnetsko polje motora. Ove se informacije često nazivaju brzinom i / ili kutem opterećenja (SLA) motora. Kružna brzina motora usporivača može se dobro prilagoditi praćenjem veličine leđa EMF-a.
Slika 1 prikazuje mapiranje SLA igala pri vožnji konvencionalnog motora usporenog motora ugrađenog u mehanički sustav pomoću AMIS-30522 podijeljenog motora usporenog motora. Te se informacije sakupljaju tijekom pomicanja NXT ulaza (ulaz sata koji određuje brzinu uzbude motora). Dok se kreće s lijeva na desno, povećava se učestalost uzbude i jasno možete vidjeti različite radne prostore. Sposobnost mjerenja karakteristika motora cijelog sustava vrlo je moćna značajka serije AMIS-305xx - naročito se može nositi s tradicionalnim izazovima dizajna, ali prije toga, dizajner sustava analizirao je samo rezonantne performanse motora i to je nije prepoznato da se ta područja mogu mijenjati nakon što se cijeli mehanički uređaj stavi zajedno.
Sustav upravljanja motorom može kontinuirano uzeti SLA napon, a ako se pojavi neka nepravilna situacija, mogu se poduzeti odgovarajuće mjere. Budući da je elektromotorna snaga leđa proporcionalna rotacijskoj brzini rotora, može ga se jednostavno koristiti za osjeta vanjskog opterećenja na izlaznoj osovini i reguliranje struje koja se isporučuje motoru. Još jedno područje gdje je podatak iz SLA igle vrlo koristan kada je motor upravo ušao u rezonantnu regiju. Dizajniranjem algoritma kako bi se brzo identificirala ova situacija, sustav kontrole motora sa stepper motorom može odmah ubrzati kroz ovo područje kako bi postigao novu sigurnu brzinu.
Crveni kvadrat na lijevoj strani na slici 1 ističe rezonanciju u sustavu. To može biti posljedica stvarne ugradnje motora, osnovne frekvencije rezonancije motora između stupnjevitih koraka ili drugih čimbenika drugog reda. To su obično zone za brzinu komutacije koje treba izbjegavati. Ako se koristi EMF tehnologija polja ON Semiconductor, može se lako mapirati za nekoliko minuta. To će pomoći smanjiti pritisak na elektromehanički sustav. To je važno jer pritisak sustava može uzrokovati povećanu šum, smanjenu učinkovitost i može rezultirati smanjenom pouzdanosti sustava. Vrhunac ove metode prikupljanja podataka je taj da proces mapiranja može biti dovršen bez fizičkih promjena u sustavu. Jedini osjetnik je sam motor, tako da nema dodatne mehaničke složenosti.
Crveni kvadrat na desnoj strani na slici 1 označava područje na kojemu je trenutni pogon veći od RLC vremenske konstante sustava, što rezultira preostalom strujom na motorskom svitku. To je "ograničenje brzine" za ovaj elektromehanički sustav.
Između ova dva područja preporučeno je radno područje motora. Treba također napomenuti da se isto mapiranje može koristiti i za prepoznavanje stalnih uvjeta gdje se motor ne može prebaciti (i stoga ne može generirati EMF). U regulatoru sustava, ova se situacija može kontrolirati samo konfiguriranjem minimalnog pragova između motoričkih uzbuna.
Koristite podatke za mapiranje u svojem dizajnu
Kada je mapiranje završeno i poznat je profil optimalnog brzine, može se odabrati najbolja SLA vrijednost. Za određeni sustav to će predstavljati najučinkovitiju radnu točku. Varijable upravljanja motorom poput trenutnog pogona, ubrzavanja i brzine mogu se dinamički podesiti kako bi se izbjegli problemi koji mogu ugroziti učinkovitost, kao što su mehanička rezonancija i pretjerana struja pogona. Prednost EMF metode bez senzora / leđa je da povratna informacija od senzora nije jednostavna binarna informacija, već se može koristiti za dobivanje detaljnih dijagnostičkih podataka iz motora bez dodavanja dodatne složenosti sustava, što nam omogućuje da koristimo suptilne promjene u SLA za naknadu u stvarnom vremenu kako bi se izbjegli izgubljeni koraci.
