최근에 일부 친구들은 다양한 모터를 연주하는 것을 보았습니다. 모터가 제어하는 것이 중요하고 제어가 안정적이고 정확하며 빠르기 때문에 제어 알고리즘 소프트웨어 엔지니어의 궁극적 인 목표는 무엇보다도 더 성숙한 컨트롤을 재생할 수 있습니다. 경험할 알고리즘이므로 여기에 귀하와 공유 할이 컨텐츠의 모음이 있습니다.
1.BLDC 모터 제어 알고리즘
브러시리스 모터는 자체 협력 유형 (자체 방향 전환)이므로 제어하기에 더 복잡합니다.
BLDC 모터 제어는 모터가 정류 조향을 겪는 로터 위치 및 메커니즘에 대한 지식이 필요합니다. 폐 루프 속도 제어의 경우 모터 속도 전력을 제어하기위한 로터 속도/또는 모터 전류 및 PWM 신호에 대한 두 가지 추가 요구 사항이 있습니다.
BLDC 모터는 애플리케이션 요구 사항에 따라 측면 정렬 또는 중앙 정렬 PWM 신호를 가질 수 있습니다. 대부분의 응용 프로그램은 속도 변경 작동 만 필요하며 6 개의 개별 측면 정렬 PWM 신호를 사용합니다. 이것은 최고 해상도를 제공합니다. 애플리케이션에 서버 포지셔닝, 에너지 제동 또는 전력 반전이 필요한 경우 보충 중심에 정렬 된 PWM 신호가 권장됩니다.
로터 위치를 감지하기 위해 BLDC 모터는 홀 효과 센서를 사용하여 절대 위치 감지를 제공합니다. 이로 인해 더 많은 와이어와 더 높은 비용이 사용됩니다. 센서리스 BLDC 제어는 홀 센서의 필요성을 제거하고 대신 모터의 카운터 전자력 (전자 유전자)을 사용하여 로터 위치를 예측합니다. 감각없는 제어는 팬 및 펌프와 같은 저렴한 가변 속도 응용 프로그램에 중요합니다. BLDC 모터가 사용될 때 냉장고 및 에어컨 압축기에는 감각 조절 제어가 필요합니다.
로드 타임 삽입 및 보충
대부분의 BLDC 모터는 상보적인 PWM, 무인 시간 삽입 또는 부하 시간 보상이 필요하지 않습니다. 이러한 기능이 필요할 수있는 유일한 BLDC 응용 프로그램은 고성능 BLDC 서보 모터, 사인파 여기 BLDC 모터, 브러시리스 AC 또는 PC 동기 모터입니다.
제어 알고리즘
BLDC 모터의 제어를 제공하는 데 많은 다른 제어 알고리즘이 사용됩니다. 일반적으로 전력 트랜지스터는 모터 전압을 제어하기위한 선형 조절기로 사용됩니다. 이 접근법은 고전력 모터를 운전할 때 실용적이지 않습니다. 고출력 모터는 PWM 제어해야하며 시작 및 제어 기능을 제공하려면 마이크로 컨트롤러가 필요합니다.
제어 알고리즘은 다음 세 가지 기능을 제공해야합니다.
모터 속도를 제어하기위한 PWM 전압
모터를 교정하고 통근하기위한 메커니즘
역전기 힘 또는 홀 센서를 사용하여 로터 위치 예측 방법
펄스 폭 변조는 모터 권선에 가변 전압을 적용하는 데만 사용됩니다. 유효 전압은 PWM 듀티 사이클에 비례합니다. 적절한 정류기 정류가 얻어지면 BLDC의 토크 속도 특성은 더 낮은 DC 모터의 특성과 동일합니다. 가변 전압을 사용하여 모터의 속도와 가변 토크를 제어 할 수 있습니다.
전력 트랜지스터의 통근은 고정자의 적절한 권선을 인식하여 로터 위치에 따라 최적의 토크를 생성합니다. BLDC 모터에서 MCU는 로터 위치를 알고 적시에 정류기를 통근 할 수 있어야합니다.
BLDC 모터에 대한 사다리꼴 정류기 정류
BLDC 모터의 가장 간단한 방법 중 하나는 소위 사다리꼴 정류기 정류를 사용하는 것입니다.
BLDC 모터를위한 사다리 컨트롤러를위한 단순화 된 프레임 워크
이 회로도에서, 전류는 한 쌍의 모터 터미널에 의해 매번 제어되는 반면, 세 번째 모터 터미널은 항상 전원 공급 장치에서 전자적으로 분리됩니다.
대형 모터에 포함 된 3 개의 홀 장치는 60- 학위 섹터에서 로터 위치를 측정하는 디지털 신호를 제공하고 모터 컨트롤러 에서이 정보를 제공하는 데 사용됩니다. 전류 흐름은 한 번에 두 개의 와인딩에서 동일하고 세 번째에는 0이 되므로이 방법은 6 개의 방향 중 하나만있는 전류 공간 벡터를 생성합니다. 모터가 조종되면 모터 터미널의 전류는 60 도의 회전 당 전기적으로 전환 (정류 된 정류)이므로 현재 공간 벡터는 항상 90도 위상 이동의 가장 가까운 30도에 있습니다.
사다리꼴 제어 : 정류시 파형과 토크를 구동합니다
따라서 각 권선의 전류 파형은 사다리꼴이며, 0에서 시작하여 양의 전류로 이동 한 다음 0으로 이동 한 다음 음전으로 이동합니다.
이로 인해 전류 공간 벡터가 생성되어 로터의 회전과 함께 6 가지 방향으로 올라갈 때 균형 회전에 접근 할 수 있습니다.
에어컨 및 프로스팅과 같은 모터 응용 분야에서 홀 센서의 사용은 일정하지 않습니다. 연결되지 않은 권선에서 유도 된 역전 전위 센서를 사용하여 동일한 결과를 달성 할 수 있습니다.
이러한 사다리꼴 구동 시스템은 제어 회로의 단순성으로 인해 매우 흔하지 만 정류 중 토크 리플 문제로 고통받습니다.
BDLC 모터에 대한 정현파 정류 통근
사다리꼴 정류기 정류는 균형 잡힌 정확한 브러시리스 DC 모터 제어를 제공하기에 충분하지 않습니다. 이는 주로 3 상 브러시리스 모터에서 생성 된 토크가 (정현파 웨이브 카운터 전자력으로) 다음 방정식에 의해 정의되기 때문입니다.
샤프트 토크=kt [irsin (O) + issin (o +120) + itsin (o +240)]
어디:
O는 회전 샤프트의 전기 각도입니다
KT는 모터의 토크 상수입니다
ir, IS 및 그것은 위상 전류입니다
위상 전류가 Sinusoidal : ir {{0}} i 0 sino; IS=i 0 sin (+120 o); It=i0sin (+240 o)
얻을 것입니다 :
샤프트 토크 {{{0}}. 5i0*kt (샤프트 각도와 독립적 인 일정)
정현파로 정류 된 정류 된 브러시리스 모터 컨트롤러는 모터가 회전함에 따라 3 개의 전류가 매끄럽고 정현파로 변하는 3 개의 모터 권선을 구동하기 위해 노력합니다. 이들 전류의 관련 단계는 불변으로 로터와 직교로 방향으로 로터 전류의 부드러운 공간 벡터를 생성하도록 선택된다. 이렇게하면 북쪽 스티어링과 관련된 토크 리플 및 조향 펄스가 제거됩니다.
모터가 회전함에 따라 운동 전류의 부드러운 정현파 조절을 생성하려면 로터 위치의 정확한 측정이 필요합니다. 홀 장치는 로터 위치에 대한 대략적인 계산 만 제공하며,이 목적에는 충분하지 않습니다. 이러한 이유로 인코더 또는 이와 유사한 장치의 각도 피드백이 필요합니다.
BLDC 모터 사인파 컨트롤러의 단순화 된 블록 다이어그램
와인딩 전류는 부드러운 상수 로터 전류 공간 벡터를 생성하기 위해 결합되어야하며, 각 고정자 권선은 120도 간격의 각도로 위치하기 때문에 각 와이어 뱅크의 전류는 정현파이어야하며 120의 위상 이동이 있어야합니다. 학위. 인코더의 위치 정보는 두 개의 사인파를 합성하는 데 사용됩니다. 그런 다음이 신호는 토크 명령에 곱하여 사인파의 진폭이 필요한 토크에 비례합니다. 결과적으로, 2 개의 정현파 전류 명령은 올바르게 단계적으로 위상되어 회전 된 고정자 전류 공간 벡터를 직교 방향으로 생성한다.
정현파 전류 명령은 두 개의 적절한 모터 권선에서 전류를 조절하는 한 쌍의 PI 컨트롤러를 출력합니다. 제 3 로터 권선의 전류는 제어 된 권선 전류의 음의 합이므로 별도로 제어 할 수 없습니다. 각 PI 컨트롤러의 출력은 PWM 변조기와 출력 브리지 및 두 모터 단자로 전송됩니다. 제 3 모터 터미널에 적용되는 전압은 처음 두 권선에 적용되는 신호의 음의 합으로부터 유래되며, 각각 120도 간격으로 간격을 두는 3 개의 정현파 전압에 적절하게 사용됩니다.
결과적으로, 실제 출력 전류 파형은 정현파 전류 명령 신호를 정확하게 추적하고, 결과적인 전류 공간 벡터는 원활하게 회전하여 정량적으로 안정화되고 원하는 방향으로 배향됩니다.
안정화 된 제어의 정현파 정류기 조향 결과는 일반적으로 사다리꼴 정류기 조향에 의해 달성 될 수 없다. 그러나 낮은 운동 속도에서 높은 효율로 인해 높은 운동 속도로 분리됩니다. 이는 속도가 증가함에 따라 현재의 반환 컨트롤러가 주파수가 증가하는 정현파 신호를 추적해야한다는 사실 때문입니다. 동시에, 그들은 속도가 증가함에 따라 진폭과 주파수가 증가하는 모터의 카운터 전자 힘을 극복해야합니다.
PI 컨트롤러는 유한 게인 및 주파수 응답을 갖기 때문에 전류 제어 루프에 대한 시간 불변 교란은 단계 지연을 유발하고 빠른 속도로 증가하는 모터 전류의 오류를 얻을 수 있습니다. 이는 로터에 대한 전류 공간 벡터의 방향을 방해하여 직교 방향으로부터 변위를 유발합니다.
이 경우 일정량의 전류로 토크가 적을 수 있으므로 토크를 유지하려면 더 많은 전류가 필요합니다. 효율성이 감소합니다.
속도가 증가함에 따라 이러한 감소는 계속됩니다. 어느 시점에서, 전류의 위상 변위는 90도를 초과합니다. 이것이 발생하면 토크가 0으로 줄어 듭니다. 정현파의 조합을 통해, 위의 속도는 음의 토크를 초래하므로 실현할 수 없습니다.
2. AC 모터 알고리즘
스칼라 제어
스칼라 제어 (또는 v/hz 제어)는 명령 모터의 속도를 제어하는 간단한 방법입니다.
명령 모터의 정상 상태 모델은 주로 기술을 얻는 데 사용되므로 과도 성능은 불가능합니다. 시스템에는 현재 루프가 없습니다. 모터를 제어하기 위해 3 상 전원 공급 장치는 진폭과 주파수에만 다릅니다.
벡터 제어 또는 자기장 배향 제어
모터의 토크는 두 필드가 서로 직교 할 때 고정자 및 로터 자기장의 함수와 피크의 함수에 따라 변합니다. 스칼라 기반 제어에서, 두 자기장 사이의 각도는 크게 다릅니다.
벡터 제어는 AC 모터에서 다시 직교성을 생성합니다. 토크를 제어하기 위해, 각각은 생성 된 자기 플럭스로부터 전류를 생성하여 DC 기계의 응답 성을 달성한다.
AC 커밋 된 모터의 벡터 제어는 별도로 여기 된 DC 모터의 제어와 유사합니다. DC 모터에서, 여기 전류에 의해 생성 된 자기장 에너지 φ f는 전기자 전류 IA에 의해 생성 된 전기자 플럭스 φa와 직교적이다. 이 자기장은 서로와 관련하여 분리되고 안정화됩니다. 결과적으로, 전기자 전류가 토크를 제어하도록 제어 될 때, 자기장 에너지는 영향을받지 않고 더 빠른 일시적 응답이 실현된다.
3 상 AC 모터의 필드 방향 제어 (FOC)는 DC 모터의 작동을 모방하는 것으로 구성됩니다. 모든 제어 변수는 AC 대신 수학적으로 DC로 변환됩니다. 대상 독립적 인 제어 토크 및 플럭스.
FOC (Field Oriented Control)의 두 가지 방법이 있습니다.
직접 초점 : 로터 플럭스 각도의 방향은 플럭스 관찰자에 의해 직접 계산됩니다.
간접 초점 : 로터 플럭스 각도의 방향은 로터 속도 및 슬립을 추정하거나 측정하여 간접적으로 얻습니다.
벡터 제어는 로터 플럭스의 위치에 대한 지식이 필요하며 터미널 전류 및 전압 (AC 유도 모터의 동적 모델 사용)에 대한 지식을 사용하여 고급 알고리즘에 의해 계산 될 수 있습니다. 그러나 구현 관점에서, 계산 자원의 필요성이 중요합니다.
벡터 제어 알고리즘을 구현하기 위해 다양한 접근법을 사용 할 수 있습니다. 피드 포워드 기술, 모델 추정 및 적응 제어 기술을 모두 사용하여 응답 및 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
AC 모터의 벡터 제어 : 심층적 인 모양
벡터 제어 알고리즘의 핵심에는 두 가지 중요한 변환이 있습니다 : Clark 변환, 공원 변환 및 역수. Clark 및 Park 전환을 사용하면 로터 전류를 로터 영역으로 제어 할 수 있습니다. 이를 통해 로터 제어 시스템은 동적으로 다양한 하중 하에서 토크를 최대화하기 위해 로터에 공급 해야하는 전압을 결정할 수 있습니다.
Clark 변환 : Clark 수학적 변환은 3 상 시스템을 2 개의 좌표계로 수정합니다.
여기서 IA와 IB는 직교 데이텀의 구성 요소이고 IO는 중요하지 않은 동종 성분 구성 요소입니다.
3 상 로터 전류 대 회전 참조 시스템
공원 변환 : 공원 수학 전환은 양방향 정적 시스템을 회전 시스템 벡터로 변환합니다.
2 상, 프레임 표현은 Clarke 변환에 의해 계산 된 다음 벡터 회전 모듈로 공급되는데, 여기서 로터 에너지에 연결된 d, Q 프레임과 일치하도록 각도 θ를 회전시킵니다. 각도 θ의 변환은 상기 방정식에 따라 실현됩니다.
자기장 방향 벡터 제어의 기본 구조 AC 모터의 기본 구조
Clarke Transform은 3 상 전류 IA, IB 및 IC를 사용하여 2 상 직교 고정자 축 전류 ISD 및 ISQ를 계산합니다. 고정 좌표 고정자 단계 의이 두 전류는 ISD 및 ISQ로 변환되며, 이는 공원 변환 D, Q의 요소가됩니다. 이것은 모터 플럭스 모델을 사용하여 D, Q 프레임에서 로터 에너지를 계산하여 수행됩니다. 모터 플럭스 모델로부터 계산 된 전류 ISD, ISQ 및 순간 플럭스 각도 θ는 AC 유도 모터의 전기 토크를 계산하는 데 사용됩니다.
벡터 제어 AC 모터의 기초
이러한 파생 값은 참조 값과 비교하고 PI 컨트롤러에서 업데이트됩니다.
벡터 기반 모터 제어의 고유 한 장점 중 하나는 동일한 원리를 사용하여 각 유형의 AC, PM-AC 또는 BLDC 모터를 제어하기 위해 적절한 수학적 모델을 선택할 수 있다는 것입니다.
BLDC 모터의 벡터 제어
BLDC 모터는 필드 방향 벡터 제어를위한 주요 선택입니다. FOC가있는 브러시리스 모터는 최대 95%까지 더 높은 효율을 달성 할 수 있으며 고속에서도 매우 효율적입니다.
3. 스텝퍼 모터 제어 알고리즘
다음은 스테퍼 모터 제어 회로도입니다.
스테퍼 모터 컨트롤은 일반적으로 양방향 구동 전류를 사용하며 모터 스테핑은 권선을 순서대로 전환하여 실현됩니다. 일반적으로 이러한 종류의 스테퍼 모터에 대한 3 가지 구동 시퀀스가 있습니다.
1. 단일 위상 전체 스테퍼 드라이브 :
이 모드에서, 와인딩은 다음 순서로 에너지를냅니다. 이 시퀀스는 단일 상 올 스텝핑 모드 또는 웨이브 드라이브 모드로 알려져 있습니다. 한 번에, 한 단계 만 활성화됩니다.
2. 2- 위상 전체 단계 드라이브 :
이 모드에서는 두 상이 함께 활성화되어 로터가 항상 두 극 사이에 있습니다. 이 모드는 2 상 전체 스텝핑으로 알려져 있으며이 모드는 2 극 모터의 일반적인 구동 시퀀스로 최대 토크를 출력 할 수 있습니다.
3. 하프 스테핑 모드 :
이 모드는 단일 위상 스테핑과 2 단계 스텝핑을 결합하여 단일 위상 전원을 켜고 2 상 파워 업, 단일 상 파워 업 ... 따라서 모터는 반으로 실행됩니다. -스텝 증분. 이 모드는 반 단계 모드로 알려져 있으며, 모터의 각 여기에 대한 효과적인 단계 각도는 절반으로 줄이고 출력 토크가 낮습니다.
이 3 가지 모드는 모두 반대 방향으로 회전하는 데 사용될 수 있지만 (시계 반대 방향) 주문이 반전 된 경우에는 아닙니다.
일반적으로 스테퍼 모터는 스텝 각도를 줄이기 위해 여러 극을 가지고 있지만, 권선의 수와 구동 순서는 동일하게 유지됩니다.
4 범용 DC 제어 알고리즘
일반 목적 모터의 속도 제어, 특히 2 개의 회로를 사용하는 모터 :
1, 위상 각 제어
2, PWM 헬기 컨트롤
위상 각 제어
위상 각 제어는 일반적인 목적 운동 속도 제어의 가장 간단한 방법입니다. 트리릭 포인트를 통해 아크 각도 변화를 통해 속도를 제어합니다. 위상 각 제어는 매우 경제적 인 솔루션이지만 효율은 너무 높지 않고 EMI (Electromartomertic Interference)입니다.
범용 모터의 위상 각 제어
위의 회로도는 위상 각 제어의 메커니즘, 트라이크 속도 제어의 전형적인 적용을 보여줍니다. 트리릭 게이트 펄스의 원주 위상 변속은 효율적인 전압을 생성하여 다른 운동 속도를 생성하며, 다른 크로스 오버 감지 회로가 설립하는 데 사용됩니다. 게이트 펄스를 지연시키기위한 타이밍 참조.
PWM 헬프퍼 컨트롤
PWM 제어는 범용 운동 속도 제어를위한보다 고급 솔루션입니다. 이 솔루션에서는 전력 MOFSET 또는 IGBT가 고주파 정류 된 AC 라인 전압을 켜고 모터에 대한 시간의 다양한 전압을 생성합니다.
범용 모터를위한 PWM 헬기 제어
스위칭 주파수 범위는 일반적으로 노이즈를 제거하기 위해 10-20 khz입니다. 일반 목적 모터에 대한이 제어 방법은 더 나은 전류 제어와 더 나은 EMI 성능과 더 높은 효율성을 초래합니다.