Как да овладеете контролния алгоритъм на стъпковия мотор по-ефективно
При оптимизирането на дизайна на системите за управление на движението, базирани на стъпкови двигатели, инженерите трябва да вземат предвид фактори като разходи, ефективност, ефективност, неочаквани предизвикателства за обратна връзка (като механичен резонанс) и време за разработка. Съвременните системи за управление на двигателя са изправени пред предизвикателството да работят в различни неблагоприятни условия и общата ефективност на традиционните решения често е ограничена от най-лошите условия, срещани от цялата система. Адаптивните алгоритми за управление са от съществено значение за извличане на максималната ефективност на оптимизирана електромеханична система.
Системно картографиране
Ако искате най-висока ефективност, трябва да прецените граничните условия на цялата електромеханична система. Трябва да се имат предвид всички системни променливи: температура, механична деградация, ускорение, скорост, захранващо напрежение и т.н. Архитектурата на системата също оказва влияние върху нея.
При системите с отворен цикъл често е необходимо да се възбуждат двигателите с най-лошото настоящо задвижване и скоростните профили, затова можем да приемем, че ефективността не е основната цел на проектирането за такива системи. Този тип тестване е отнема много време, защото системата трябва да се проверява при всички стойности на захранващото напрежение, температура и скорост, които двигателят може да използва, за да сведе до минимум риска от резонанс. Всяка система със стъпков двигател има потенциала да резонира, обикновено защото работи на (или близо до) естествената честота на двигателя. Избягването на тези зони е от решаващо значение, тъй като резонансът може да доведе до загуба на движение на двигателя или навлизане в условия на задържане. Въпреки това, за системи с отворен цикъл, определянето на тези области може да бъде много трудно.
Контролът на затворен цикъл обикновено отнема две форми: базирана на датчик система (светлинен или Hall ефект) и безссетъчна система. Системите без сензор, известни също като "системи с полузатворени цикли", обикновено използват напрежението, генерирано от моторните намотки, като обратна връзка. Системите за управление, базирани на сензори, се използват широко, но при картографирането трябва да се вземат предвид и други промени в сензора. Основно предимство на безснимачните системи е, че те трябва само да четат информация за физическото движение на двигателя. Друго важно предимство е намалената цена на системата за затворени или полузатворени контури, като същевременно се намалява сложността на системата, като се елиминира необходимостта от външни сензори. Успешното проектиране изисква разбиране на характеристиките на гръбната ЕМП.
SLA картографиране
Back EMF улеснява извличането на подробна информация, свързана с движението на електромеханичната система, и предоставя диагностични данни. Напрежението се генерира между задвижващите токови импулси на двигателя и движението на моторната бобина през магнитното поле на двигателя. Тази информация често се нарича "скорост и / или натоварване ъгъл (SLA) на мотора. Ъгловата скорост на стъпковия двигател може да бъде добре приближена чрез наблюдение на големината на задния ЕМП.
Фигура 1 показва картографирането на щифтовете SLA при задвижване на конвенционален стъпков двигател, монтиран в механична система, използващ подразделения контролер на стъпкови двигатели AMIS-30522. Тази информация се събира по време на почистването на NXT входа (часовия вход, който определя скоростта на възбуждане на двигателя). Тъй като се движи от ляво на дясно, честотата на възбуждане се увеличава и можете ясно да видите различните работни области. Способността за измерване на характеристиките на двигателя на цялата система е много мощна характеристика на серията AMIS-305xx - особено тя може да се справи с традиционните предизвикателства при проектирането, но преди това дизайнерът на системата анализира само резонансните характеристики на мотора и е не признават, че тези области могат да се променят, когато цялото механично устройство бъде сглобено.
Системата за управление на двигателя може непрекъснато да изпробва напрежението на SLA и ако се появи неправилна ситуация, могат да се предприемат подходящи мерки. Тъй като обратната електродвижеща сила е пропорционална на скоростта на въртене на ротора, тя може удобно да се използва за разпознаване на външното натоварване на изходящия вал и за регулиране на подадения към двигателя ток. Друга област, в която данните от щифта SLA са много полезни, е когато двигателят е на път да влезе в резонансния регион. Чрез проектирането на алгоритъм за бързо идентифициране на тази ситуация системата за контрол на стъпковия двигател може незабавно да ускори тази зона, за да достигне нова безопасна скорост.
Червеният квадрат от лявата страна на фигура 1 подчертава резонанса в системата. Това може да се дължи на действителното монтиране на мотора, основната честота на резонанса на двигателя между стъпките на стъпалата или други фактори от втора степен. Това обикновено са зони за скорост на комутация, които трябва да се избягват. Ако се използва технологията EMF на ON Semiconductor, тя може лесно да се преобразува в рамките на няколко минути. Това ще помогне да се намали натиска върху електромеханичната система. Това е важно, тъй като налягането в системата може да доведе до увеличаване на шума, влошаване на производителността и може да доведе до намалена надеждност на системата. В основата на този метод за събиране на данни е, че процесът на картографиране може да бъде завършен без физически промени в системата. Единственият сензор е самият мотор, така че няма допълнителна механична сложност.
Червеният квадрат от дясната страна на фигура 1 показва областта, в която текущото задвижване превишава RLC времевата константа на системата, което води до остатъчен ток върху моторната бобина. Това е "ограничението на скоростта" за тази конкретна електромеханична система.
Между тези две области е препоръчителната работна зона на двигателя. Също така трябва да се отбележи, че същото картографиране може да се използва и за идентифициране на условия на прекъсване, при които двигателят не може да бъде комутиран (и по този начин не може да генерира обратно ЕМП). В системния контролер тази ситуация може да бъде контролирана само чрез конфигуриране на минималния праг между двигателните възбуди.
Използвайте данни за картографиране във вашия дизайн
След като картографирането завърши и идеалният скоростен профил е известен, може да бъде избрана най-добрата стойност на SLA. За дадена система тя ще представлява най-ефективната работна точка. Променливите на управлението на двигателя, като текущото задвижване, ускорението и скоростта, могат да бъдат динамично регулирани, за да се избегнат проблеми, които могат да компрометират ефикасността, като механичен резонанс и прекомерен ток на задвижване. Предимството на метода без сензори / обратно е, че обратната връзка от сензора не е просто бинарна информация, но може да се използва за получаване на подробна диагностична информация от мотора, без да се добавя допълнителна сложност на системата, което ни позволява да използваме Фини промени в SLA за компенсиране в реално време, за да се избегнат загубените стъпки.
