Принцип двигателей постоянного тока

Принцип управления бесщеточным двигателем постоянного тока заключается в следующем: чтобы заставить двигатель вращаться, блок управления должен сначала определить положение ротора двигателя на основе датчика Холла-. Затем по обмоткам статора он определяет последовательность включения (или выключения) силовых транзисторов в инверторе. Транзисторы AH, BH и CH (называемые силовыми транзисторами верхнего плеча) и транзисторы AL, BL и CL (называемые силовыми транзисторами нижнего плеча) в инверторе последовательно пропускают ток через катушки двигателя, генерируя вращающееся по часовой стрелке (или против-) магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует с магнитами ротора, заставляя двигатель вращаться по часовой стрелке или против-часовой стрелки. Когда ротор двигателя поворачивается в положение, в котором датчик Холла- воспринимает другой набор сигналов, блок управления включает следующий набор силовых транзисторов. Этот цикл продолжается, позволяя двигателю вращаться в том же направлении до тех пор, пока блок управления не решит остановить ротор двигателя, после чего силовые транзисторы выключаются (или включаются только силовые транзисторы нижнего плеча). Для изменения направления вращения ротора силовые транзисторы включаются в обратной последовательности.

Базовую схему переключения силовых транзисторов можно проиллюстрировать следующим образом: AH, BL → AH, CL → BH, CL → BH, AL → CH, AL → CH, BL. Однако категорически запрещено переключать их как AH, AL, BH, BL или CH, CL. Более того, поскольку электронные компоненты всегда имеют время отклика на переключение, время переключения силовых транзисторов должно учитывать это время отклика. В противном случае, если плечо (или нижнее плечо) не будет полностью закрыто до того, как нижнее плечо (или плечо) откроется, произойдет короткое замыкание, что приведет к перегоранию силового транзистора.

Когда двигатель начинает вращаться, блок управления сравнивает (или рассчитывает с помощью программного обеспечения) команду (состоящую из скорости, заданной водителем, и скорости ускорения/замедления) со скоростью изменения сигнала датчика Холла-, чтобы определить, какую группу переключателей (AH, BL, AH, CL, BH, CL или...) следует включить и на какое время. Если скорость недостаточна, время включения-больше; если скорость слишком высока, время включения-сократится. Эту часть операции выполняет ШИМ. ШИМ (широтно-импульсная модуляция) определяет скорость двигателя, и создание такой ШИМ является ключом к достижению точного управления скоростью.

При управлении высокой-скоростью необходимо учитывать, достаточно ли разрешения тактовой частоты системы для обработки времени обработки программных инструкций. Кроме того, способ доступа к изменениям сигнала датчика Холла также влияет на производительность процессора, точность и производительность-в реальном времени. При управлении низкой-скоростью, особенно при запуске на низкой-скорости, сигнал датчика Холла-изменяется медленнее. Поэтому решающее значение приобретают метод получения сигнала, время обработки и соответствующая конфигурация параметров управления на основе характеристик двигателя. Альтернативно, обратная связь по скорости может быть изменена для использования изменений энкодера в качестве эталона, увеличивая разрешение сигнала для лучшего управления. Плавность работы двигателя и хорошая реакция также зависят от правильности ПИД-регулирования. Как упоминалось ранее, в бесщеточных двигателях постоянного тока используется управление по замкнутому-контуру; поэтому сигнал обратной связи сообщает блоку управления, насколько скорость двигателя отличается от заданной скорости-это ошибка. Знание ошибки требует компенсации, которая может быть достигнута с помощью традиционных методов инженерного управления, таких как ПИД-регулирование. Однако управляемое состояние и окружающая среда на самом деле сложны и изменчивы. Если требуется надежный и устойчивый контроль, факторы, которые необходимо учитывать, вероятно, находятся за пределами полного контроля традиционного инженерного контроля. Поэтому нечеткое управление, экспертные системы и нейронные сети также будут включены в важные теории интеллектуального ПИД-управления.