Làm thế nào để làm chủ thuật toán điều khiển của động cơ bước hiệu quả hơn
Để tối ưu hóa thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động dựa trên động cơ bước, các kỹ sư phải xem xét các yếu tố như chi phí, hiệu suất, hiệu suất, các phản hồi bất ngờ (như cộng hưởng cơ học) và thời gian phát triển. Các hệ thống điều khiển động cơ hiện đại đối mặt với thử thách hoạt động trong nhiều môi trường bất lợi và hiệu quả tổng thể của các giải pháp truyền thống thường bị giới hạn bởi các điều kiện xấu nhất mà toàn bộ hệ thống gặp phải. Các thuật toán điều khiển thích ứng là điều cần thiết để trích xuất hiệu quả tối đa của hệ thống cơ điện được tối ưu hóa.
Ánh xạ hệ thống
Nếu bạn muốn hiệu quả cao nhất, bạn phải lập bản đồ các điều kiện biên của toàn bộ hệ thống điện. Tất cả các biến hệ thống phải được xem xét: nhiệt độ, suy thoái cơ học, tăng tốc, tốc độ, điện áp cung cấp, v.v. Kiến trúc hệ thống cũng có tác động đến nó.
Trong các hệ thống vòng hở, thường cần kích thích động cơ với trường hợp ổ đĩa và tốc độ dòng điện xấu nhất, vì vậy chúng ta có thể giả định rằng hiệu quả không phải là mục tiêu thiết kế chính cho các hệ thống như vậy. Loại thử nghiệm này rất tốn thời gian vì hệ thống phải được kiểm tra ở tất cả các giá trị điện áp, nhiệt độ và tốc độ của động cơ có thể sử dụng để giảm thiểu rủi ro cộng hưởng. Mỗi hệ thống động cơ bước có khả năng cộng hưởng, thường là bởi vì nó hoạt động ở (hoặc gần) tần số tự nhiên của động cơ. Tránh những khu vực này là rất quan trọng vì sự cộng hưởng có thể làm cho động cơ bị mất chuyển động hoặc đi vào tình trạng gian hàng. Tuy nhiên, đối với các hệ thống vòng lặp mở, việc xác định các khu vực này có thể rất khó khăn.
Điều khiển vòng kín thường có hai dạng: một hệ thống dựa trên cảm biến (hiệu ứng ánh sáng hoặc Hall) và một hệ thống cảm biến. Các hệ thống cảm biến, còn được gọi là "hệ thống vòng bán khép kín", thường sử dụng điện áp được tạo ra bởi cuộn dây động cơ làm phản hồi. Các hệ thống điều khiển dựa trên cảm biến được sử dụng rộng rãi, nhưng các thay đổi khác đối với cảm biến phải được xem xét trong thực hành lập bản đồ. Một lợi thế lớn của hệ thống cảm biến là họ chỉ cần đọc thông tin về chuyển động vật lý của động cơ. Một lợi thế quan trọng khác là giảm chi phí hệ thống của các hệ thống vòng kín hoặc vòng kín, đồng thời giảm độ phức tạp của hệ thống bằng cách loại bỏ sự cần thiết của các cảm biến bên ngoài. Thiết kế thành công đòi hỏi sự hiểu biết về các đặc điểm của EMF sau.
Lập bản đồ SLA
Quay lại EMF tạo điều kiện cho việc khai thác các thông tin chi tiết liên quan đến chuyển động của hệ thống cơ điện và cung cấp dữ liệu chẩn đoán. Một điện áp được tạo ra giữa các xung hiện tại của động cơ và chuyển động của cuộn dây động cơ thông qua từ trường của động cơ. Thông tin này thường được gọi là tốc độ và / hoặc góc tải (SLA) của động cơ. Vận tốc góc của động cơ bước có thể được xấp xỉ bằng cách theo dõi độ lớn của EMF sau.
Hình 1 cho thấy bản đồ của các chân SLA khi lái một động cơ bước thông thường được gắn trong một hệ thống cơ khí bằng cách sử dụng bộ điều khiển động cơ bước được chia nhỏ AMIS-30522. Thông tin này được thu thập trong quá trình quét đầu vào NXT (đầu vào đồng hồ xác định tốc độ kích thích động cơ). Khi nó di chuyển từ trái sang phải, tần số kích thích tăng lên và bạn có thể thấy rõ các khu vực làm việc khác nhau. Khả năng đo đặc tính động cơ của toàn bộ hệ thống là một tính năng rất mạnh mẽ của dòng AMIS-305xx - đặc biệt nó có thể xử lý các thử thách thiết kế truyền thống, nhưng trước đó, nhà thiết kế hệ thống chỉ phân tích hiệu suất cộng hưởng của động cơ. không nhận ra rằng các khu vực này có thể thay đổi khi toàn bộ thiết bị cơ khí được đặt lại với nhau.
Hệ thống điều khiển động cơ có thể liên tục lấy mẫu điện áp SLA, và nếu gặp phải tình huống bất thường, có thể thực hiện các biện pháp thích hợp. Vì lực điện động ngược lại tỷ lệ thuận với tốc độ quay của rôto, nó có thể được sử dụng thuận tiện để cảm nhận tải ngoài trên trục đầu ra và điều chỉnh dòng điện được cung cấp cho động cơ. Một khu vực khác, nơi dữ liệu từ chốt SLA rất hữu ích là khi động cơ sắp bước vào vùng cộng hưởng. Bằng cách thiết kế một thuật toán để nhanh chóng xác định tình trạng này, hệ thống điều khiển động cơ bước có thể tăng tốc ngay lập tức thông qua khu vực này để đạt được tốc độ an toàn mới.
Hình vuông màu đỏ ở phía bên trái của Hình 1 làm nổi bật sự cộng hưởng trong hệ thống. Điều này có thể là do cài đặt động cơ thực tế, tần số cơ bản của sự cộng hưởng động cơ giữa các bước bước, hoặc các yếu tố bậc hai khác. Đây thường là các vùng tốc độ chuyển mạch cần phải tránh. Nếu sử dụng công nghệ EMF ngược của Semiconductor, nó có thể dễ dàng được ánh xạ chỉ trong vài phút. Điều này sẽ giúp giảm áp lực lên hệ thống cơ điện. Điều này rất quan trọng vì áp suất hệ thống có thể gây ra tiếng ồn tăng, hiệu suất bị suy giảm và có thể dẫn đến giảm độ tin cậy của hệ thống. Điểm nổi bật của phương pháp thu thập dữ liệu này là quá trình lập bản đồ có thể được hoàn thành mà không cần thay đổi vật lý cho hệ thống. Cảm biến duy nhất là động cơ chính nó, vì vậy không có sự phức tạp cơ học bổ sung.
Hình vuông màu đỏ ở phía bên phải của Hình 1 cho biết khu vực mà ổ đĩa hiện tại vượt quá hằng số thời gian RLC của hệ thống, dẫn đến dòng điện dư trên cuộn dây động cơ. Đó là "giới hạn tốc độ" cho hệ thống cơ điện đặc biệt này.
Giữa hai khu vực này là khu vực làm việc động cơ được đề nghị. Cũng cần lưu ý rằng cùng một ánh xạ cũng có thể được sử dụng để xác định các điều kiện gian hàng mà động cơ không thể chuyển mạch (và do đó không thể tạo ra EMF ngược). Trong bộ điều khiển hệ thống, tình trạng này chỉ có thể được điều khiển bằng cách cấu hình ngưỡng tối thiểu giữa các kích thích động cơ.
Sử dụng dữ liệu bản đồ trong thiết kế của bạn
Khi ánh xạ hoàn tất và được biết đến với tốc độ lý tưởng, giá trị SLA tốt nhất có thể được chọn. Đối với một hệ thống nhất định, nó sẽ đại diện cho điểm làm việc hiệu quả nhất. Các biến điều khiển động cơ như ổ đĩa hiện tại, gia tốc và tốc độ có thể được điều chỉnh động để tránh các vấn đề có thể làm giảm hiệu quả, chẳng hạn như cộng hưởng cơ học và quá trình truyền động. Lợi thế của phương pháp EMF không cảm biến / ngược lại là phản hồi từ cảm biến không phải là thông tin nhị phân đơn giản, nhưng có thể được sử dụng để lấy thông tin chẩn đoán chi tiết từ động cơ mà không thêm độ phức tạp của hệ thống, cho phép chúng tôi sử dụng các thay đổi tinh tế trong SLA để bù thời gian thực để tránh các bước bị mất.
