Miten ohjata stepper-moottorin ohjausalgoritmia tehokkaammin
Stepper-moottoreihin perustuvien liikkeentunnistusjärjestelmien suunnittelun optimoinnissa insinöörien on otettava huomioon esimerkiksi kustannukset, suorituskyky, tehokkuus, odottamattomat palautehaasteet (kuten mekaaninen resonanssi) ja kehitysaika. Nykyaikaiset moottoriohjausjärjestelmät kohtaavat haasteen toimia monissa epäsuotuisissa ympäristöissä, ja perinteisten ratkaisujen kokonaishyötysuhde rajoittaa usein koko järjestelmään kohdistuvat pahimmat tapaukset. Adaptiiviset ohjausalgoritmit ovat välttämättömiä optimoidun sähkömekaanisen järjestelmän maksimaalisen tehokkuuden poistamiseksi.
Järjestelmän kartoitus
Jos haluat suurimman tehokkuuden, sinun on kartoitettava koko sähkömekaanisen järjestelmän raja-olosuhteet. Kaikissa järjestelmämuuttujissa on otettava huomioon lämpötila, mekaaninen hajoaminen, kiihtyvyys, nopeus, syöttöjännite ja niin edelleen. Järjestelmäarkkitehtuuri vaikuttaa myös siihen.
Avoimissa silmukkajärjestelmissä on usein välttämätöntä herättää moottoria pahimmillaan ajoneuvoilla ja nopeusprofiileilla, joten voimme olettaa, että tehokkuus ei ole tällaisten järjestelmien ensisijainen suunnittelutavoite. Tämäntyyppinen testaus on erittäin aikaa vievää, koska järjestelmää on tarkistettava kaikilla syöttöjännitteillä, lämpötiloilla ja nopeuksilla, joita moottori voi käyttää resonanssin riskin minimoimiseksi. Jokainen askelmoottorijärjestelmä voi resonoida yleensä, koska se toimii moottorin luonnollisella taajuudella (tai lähellä). Näiden alueiden välttäminen on kriittinen, koska resonanssi voi aiheuttaa moottorin menettämisen tai keskeyttämisen. Avoimien silmukoiden järjestelmille näiden alueiden määrittäminen voi kuitenkin olla hyvin vaikeaa.
Suljetun silmukan ohjaukseen kuuluu tyypillisesti kaksi muotoa: anturipohjainen järjestelmä (valo tai Hall-tehoste) ja anturijärjestelmä. Sensorless-järjestelmät, jotka tunnetaan myös nimellä "semi-closed loop systems", käyttävät tyypillisesti moottorikäämien aiheuttamia jännitteitä takaisinkytkentänä. Anturipohjaisia ohjausjärjestelmiä käytetään laajalti, mutta muut muutokset anturissa on otettava huomioon kartoituksessa. Anturijärjestelmien suuri etu on se, että heidän tarvitsee vain lukea tietoja moottorin fyysisestä liikkeestä. Toinen tärkeä etu on suljetun silmukan tai puolisulkemien silmukkajärjestelmien alentunut järjestelmäkustannus, samalla kun pienennetään järjestelmän monimutkaisuutta eliminoimalla ulkoisten antureiden tarve. Menestyksekäs muotoilu edellyttää ymmärtää selkä EMF: n ominaisuuksia.
SLA-kartoitus
Takaisin EMF helpottaa elektromekaanisen järjestelmän liikkeeseen liittyvien yksityiskohtaisten tietojen poistamista ja antaa diagnostisia tietoja. Moottorin käyttövirtapulssien ja moottorikäämin liikkeen moottorin magneettikentän kautta syntyy jännite. Tätä tietoa kutsutaan usein moottorin nopeudeksi ja / tai kuormituskulmaksi (SLA). Stepper-moottorin kulmanopeutta voidaan lähentää tarkkailemalla takaisin EMF: n suuruusluokkaa.
Kuvio 1 esittää SLA-tappien kartoitusta ajaessasi tavanomaista askelmoottoria, joka on asennettu mekaaniseen järjestelmään AMIS-30522-alijakso-ohjaimen avulla. Nämä tiedot kerätään NXT-tulon pyyhkäisyn aikana (kellotulo, joka määrittää moottorin viritysnopeuden). Kun se liikkuu vasemmalta oikealle, herätyksen taajuus kasvaa ja voit selvästi nähdä eri työalueet. Koko järjestelmän moottoriominaisuuksien mittauskyky on AMIS-305xx-sarjan erittäin voimakas ominaisuus - erityisesti se kykenee käsittelemään perinteisiä suunnitteluhaasteita, mutta ennen sitä järjestelmätoimittaja analysoi vain moottorin resonanssitehon ja se on ei tunnu, että nämä alueet voivat muuttua, kun koko mekaaninen laite on koottu.
Moottorinohjausjärjestelmä pystyy jatkuvasti näyttämään SLA-jännitteen, ja jos havaitaan epänormaali tilanne, voidaan ryhtyä asianmukaisiin toimenpiteisiin. Koska selkähoottorivoima on verrannollinen roottorin pyörimisnopeuteen, sitä voidaan kätevästi käyttää havaitsemaan ulostuloakselin ulkoista kuormitusta ja säätämään moottoriin syötettyä virtaa. Toinen alue, jossa SLA-pinista saadut tiedot on erittäin hyödyllinen, on silloin, kun moottori on tulossa resonoivaan alueeseen. Suunnittelemalla algoritmi tilanteen tunnistamiseksi nopeasti, askelmoottorin ohjausjärjestelmä voi välittömästi kiihdyttää tätä aluetta saavuttaakseen uuden turvallisen nopeuden.
Kuvion 1 vasemmalla puolella oleva punainen neliö korostaa järjestelmän resonanssia. Tämä voi johtua moottorin varsinaisesta asennuksesta, moottoriresonanssin perustaajuudesta porrastettujen vaiheiden tai muiden kertaluonteisten tekijöiden välillä. Nämä ovat yleensä kommutointivyöhykkeitä, joita on vältettävä. Jos ON Semiconductorin EMF-tekniikkaa käytetään, se voidaan helposti kartoittaa muutamassa minuutissa. Tämä auttaa vähentämään sähkömekaanisen järjestelmän paineita. Tämä on tärkeää, koska järjestelmän paine voi aiheuttaa lisääntynyttä kohinaa, heikentynyttä suorituskykyä ja vähentää järjestelmän luotettavuutta. Tämän tiedonkeruumenetelmän kohokohta on, että kartoitusprosessi voidaan suorittaa ilman fyysisiä muutoksia järjestelmään. Ainoa anturi on itse moottori, joten mekaanista monimutkaisuutta ei ole.
Kuvion 1 oikealla puolella oleva punainen neliö ilmaisee alueen, jolla nykyinen asema ylittää järjestelmän RLC-aikavakion, mikä johtaa moottorikäämän jäännösvirtaan. Se on "nopeusrajoitus" tämän erityisen sähkömekaanisen järjestelmän kannalta.
Näiden kahden alueen välillä on suositeltava moottorialue. On myös huomattava, että samaa kartoitusta voidaan käyttää myös pysäytysolosuhteiden tunnistamiseen, joissa moottoria ei voida kytkeä (eikä siten voi synnyttää EMF: tä). Järjestelmäohjaimessa tätä tilannetta voidaan ohjata vain määrittämällä vähimmäiskynnys moottorin viritysten välillä.
Käytä piirustustietoja suunnittelussa
Kun kartoitus on valmis ja ihanteellinen nopeusprofiili tunnetaan, paras SLA-arvo voidaan valita. Tietyllä järjestelmällä se edustaa tehokkainta työpistettä. Moottorin ohjausmuuttujat, kuten nykyinen asema, kiihtyvyys ja nopeus, voidaan säätää dynaamisesti, jotta vältettäisiin sellaiset ongelmat, jotka voivat vaarantaa tehokkuuden, kuten mekaanisen resonanssin ja liiallisen käyttövirran. Sensorittomattoman / takaisin EMF-menetelmän etuna on se, että anturilta saatu palaute ei ole yksinkertainen binääri-informaatio, vaan sitä voidaan käyttää yksityiskohtaisten diagnostisten tietojen saamiseksi moottorilta lisäämättä järjestelmän monimutkaisuutta, jolloin voimme käyttää SLT: n hienovaraisia muutoksia reaaliaikaiselle korvaukselle menetetyn askeleen välttämiseksi.
