خوارزميات التحكم في المحركات: شرح الطرق المكونة من ست خطوات وFOC والطرق بدون مستشعر

يمكن أن تخبرك ورقة المواصفات أن وحدة التحكم في المحرك تتعامل مع 48 فولت و60 أمبير، لكنها لن تخبرك كيف يبدو المحرك عند سرعة المشي، أو مقدار تموج عزم الدوران الذي سيشعر به هيكل الروبوت الخاص بك، أو ما إذا كان المحرك لا يزال قادرًا على التحرك بعيدًا على تلة شديدة الانحدار. يتم تحديد هذه السلوكيات من خلال خوارزمية التحكم في المحرك المضمنة في البرنامج الثابت. تهيمن ثلاث عائلات على التحكم في التيار المستمر بدون فرش (BLDC) والتحكم في المحرك المتزامن بالمغناطيس الدائم (PMSM): تخفيف من ست خطوات، والتحكم الموجه ميدانيًا (FOC)، وطرق المراقبة بدون مستشعر. بالنسبة لمعظم برامج المركبات والأتمتة الجديدة، يعد FOC المزود بمراقب بدون مستشعر هو الخيار الافتراضي العملي، بينما تظل الخطوات الستة خيارًا منخفض التكلفة للأحمال البسيطة. تشرح الأقسام أدناه كيفية اختلاف هذه الخوارزميات وما يعنيه هذا الاختلاف عند تحديد وحدة التحكم.

ما الذي تفعله خوارزميات التحكم في المحركات فعليًا؟

تدير كل خوارزمية التحكم في المحركات نفس الحلقة الأساسية. فهو يقرأ أو يقدر موضع الدوار، ويقارن تيارات الطور المقاسة مع عزم الدوران أو السرعة المطلوبة، ويحسب نواقل الجهد التي تغلق هذا الخطأ، ويطبقها على العاكس مع حماية مرحلة القدرة. تدير الخوارزمية أيضًا معدلات المنحدر والحدود الحالية والكبح المتجدد واكتشاف الأخطاء.

إن اختيار الخوارزمية يحدد سقف سلاسة عزم الدوران، والضوضاء الصوتية، والكفاءة، والاستجابة الديناميكية. لا يمكن لوحدة التحكم الدقيقة القوية إصلاح حلقة تحكم سيئة التنظيم، ويمكن لخوارزمية بسيطة أن تجعل وحدة التحكم الجيدة تبدو خاملة في تطبيق مركبة متطلب.

عائلات الخوارزمية الرئيسية المستخدمة اليوم

تخفيف من ست خطوات (شبه منحرف).

يعمل التبديل المكون من ست خطوات على تنشيط مرحلتين من المراحل الحركية الثلاث في وقت واحد ويمر خلال ست حالات تبديل. إنه سهل التنفيذ، ويستهلك القليل من وقت المعالج، ويعمل بشكل طبيعي مع مستشعرات Hall. العيب هو تموج عزم الدوران عند كل نقطة تبديل والضوضاء المسموعة عند السرعة المنخفضة. لا تزال الخطوات الستة خيارًا معقولاً للمضخات والمراوح ومحركات الجر منخفضة التكلفة حيث تكون السلاسة أقل أهمية من السعر.

التحكم الميداني

يتعامل التحكم الموجه ميدانيًا مع تيار الجزء الثابت باعتباره مكونين مستقلين: أحدهما ينتج عزم الدوران والآخر يتحكم في المجال المغناطيسي. بعد تحويلات كلارك وبارك، تقوم وحدتا تحكم PI بتنظيم هذه المكونات، ويقوم تعديل ناقل الفضاء بتحويل النتيجة مرة أخرى إلى جهود ثلاثية الطور. يوفر FOC عزم دوران شبه ثابت، وضوضاء منخفضة، وكفاءة عالية عبر نطاق السرعة، بما في ذلك في حالة توقف تام.

يحتاج FOC إلى عمليات حسابية أكثر من ست خطوات، لكن هذا لم يعد عائقًا مع وحدات التحكم الدقيقة الحديثة. إنه الإعداد الافتراضي للدراجات النارية الكهربائية، ومحركات الروبوت، واللوحات الخارجية البحرية، ومعظم التطبيقات التي تحتاج إلى عزم دوران يمكن التنبؤ به.

مراقبون بلا حس

تقوم الخوارزميات التي لا تحتوي على مستشعرات بتقدير موضع الجزء الدوار من الفولتية والتيارات المقاسة بدلاً من استخدام مستشعر موضع منفصل. يعد استشعار Back-EMF هو أبسط نهج ويعمل بشكل جيد أعلى من بضع مئات من الدورات في الدقيقة. يضيف مراقب الوضع المنزلق المتانة ضد خطأ المعلمة وضوضاء القياس. يوفر مرشح كالمان الممتد تقديرات دقيقة في حالة الاضطراب ولكنه يحتاج إلى ضبط دقيق. يعمل الحقن عالي التردد على إثارة البروز المغناطيسي للمحرك ويعطي معلومات الموقع عند الصفر وبسرعة منخفضة جدًا.

والمفاضلة العملية هي بين التكلفة، والقدرة على السرعة المنخفضة، ورفض الإزعاج. تؤدي إزالة مستشعرات Hall وأسلاك التشفير إلى تقليل التكلفة وتحسين الموثوقية، ولكن فقط إذا كانت دورة العمل تسمح للمقدر بالقيام بعمله.

التحكم العددي V / هرتز

يحمل التحكم العددي نسبة ثابتة بين الجهد والتردد ويستخدم في الغالب مع المحركات الحثية المتناوبة. إنه بسيط ولا يحتاج إلى ردود فعل موضعية، لكن استجابة عزم الدوران ضعيفة. يظهر بشكل أقل في محركات المركبات المدمجة لأن هذه الأنظمة تستخدم محركات BLDC أو PMSM، حيث تنتج FOC أو ست خطوات نتائج أفضل.

مقارنة الخوارزميات عن طريق التطبيق

دورات العمل المختلفة تفضل خوارزميات مختلفة. تقضي الدراجة النارية الكهربائية معظم وقتها بما يزيد عن بضع مئات من الدورات في الدقيقة، لذا فإن FOC بدون مستشعر مع تقدير EMF الخلفي يقلل التكلفة دون الإضرار بأداء الرحلة؛ يؤدي بدء التلال والمناورة منخفضة السرعة إلى دفع المصممين إلى الخلف نحو مستشعرات Hall. يجب أن يزحف هيكل الروبوت إلى الأمام والخلف بدقة، الأمر الذي يتطلب مستشعر موضع أو حقن عالي التردد. عندما تكون المنصة عبارة عن روبوت توصيل أو قاعدة معالجة متنقلة، أ وحدة تحكم محرك DC بدون فرش سريعة الاستجابة يمكن أن يكون هذا هو الفرق بين محرك الأقراص الذي يشعر بالبطء ومحرك الأقراص الذي يتتبع الأمر على الفور.

R5 استجابة سريعة وحدة تحكم محرك DC بدون فرشات ، مصنع - شنغهاي APT APT هي شركة R5 لموردي أجهزة التحكم بمحرك DC بدون فرشات سريعة الاستجابة ومصنع أجهزة التحكم بمحرك DC بدون فرشات سريع الاستجابة R5 بالجملة في... عرض المنتج →

يعمل المحرك الخارجي البحري بسرعة ثابتة لساعات، لذا فإن الكفاءة والاستقرار الحراري مهمان أكثر من الاستجابة العابرة. تشهد مركبة ATV أو UTV تغيرات مفاجئة في الحمل على الأراضي الوعرة، مما يفضل مراقبًا قويًا وإرتفاعًا كبيرًا للتيار. ويلخص الجدول أدناه المقايضات المشتركة.

تعامل مع الجدول كنقطة بداية، وليس كحكم. يمكن لوحدة التحكم المصممة جيدًا تضييق العديد من هذه الفجوات نظرًا لضبط الحلقة الحالية والمراقب معًا. ولهذا السبب فإن تجربة بائع وحدة التحكم مع دورات العمل الفعلية للمركبة لا تقل أهمية عن اسم الخوارزمية الموجود في ورقة البيانات.

كيف يؤثر اختيار الخوارزمية على اختيار وحدة التحكم

نظرًا لأن الخوارزمية موجودة في البرنامج المضمن، فيجب تصميم الأجهزة والبرامج الثابتة معًا. يحدد توازي MOSFET مدى تقسيم التيار بالتساوي بين المراحل. تحدد دقة الاستشعار الحالية الأرضية لحلقة FOC الحالية. تؤثر قوة محرك البوابة على خسائر التبديل والتداخل الكهرومغناطيسي. يحدد التصميم الحراري المدة التي يمكن لوحدة التحكم الاحتفاظ بها في ذروة عزم الدوران. ستظهر وحدة التحكم ذات السيليكون الجيد ولكن البرامج الثابتة التي تم ضبطها بشكل سيئ تموج عزم الدوران والضوضاء؛ وحدة تحكم ذات برامج ثابتة ممتازة ولكن الاستشعار الحالي الضعيف سوف يتعثر أو يتراجع. ولهذا السبب يتم الآن توجيه الكثير من الاهتمام الهندسي دور البرمجيات في التحكم الحركي الحديث .

وينطبق نفس المنطق على المحرك نفسه. تحدد مقاومة الجزء الثابت، ومحاثة الطور، وثابت EMF الخلفي ما يمكن لوحدة التحكم فعله وما لا يمكنها فعله. لن تعمل وحدة التحكم المُقدرة بـ 60 أمبير على تشغيل محرك متطابق بشكل سيئ بكفاءة، كما أن ضبط FOC العدواني يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك بكتلة حرارية منخفضة. يعد طلب الاقتران المصدق عليه مع وحدة التحكم في المحرك جزءًا من عملية الشراء، وليس فكرة لاحقة.

ومن ناحية الأجهزة، فإن وحدات تحكم المحركات عالية الأداء من سلسلة T قم بإقران البرامج الثابتة FOC ذات الجهد العريض مع مرحلة الطاقة المخصصة للدراجات النارية الإلكترونية ومركبات ATV الإلكترونية واللوحات الخارجية الإلكترونية. إنها مثال على تصميم تم فيه تطوير خوارزمية التحكم والعاكس في نفس المنزل، بحيث تعرف البرامج الثابتة حدود الأجهزة.

مصنعون لوحدات تحكم المحركات عالية الأداء من سلسلة T APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 مصنع وحدات التحكم في المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، وحدة التحكم في المحركات عالية الأداء من سلسلة T... عرض المنتج →

معايير التقييم العملي لوحدات التحكم في المحركات

عند مقارنة وحدات التحكم، انظر إلى ما وراء الرقم الأقصى الحالي. النقاط التالية تفصل بين وحدة التحكم التي تعمل على الورق وتلك التي تعمل على الطريق.

• تأكد من الخوارزمية التي يعمل عليها البرنامج الثابت بالفعل. تعلن بعض وحدات التحكم منخفضة التكلفة عن FOC ولكنها تتحول إلى ست خطوات بسرعة عالية لإخفاء حدود الحساب.
• تحقق مما إذا كان تنفيذ FOC بدون مستشعر أو قائمًا على القاعة أو قابلاً للتحويل. يعمل بدون مستشعر على تقليل الأسلاك ولكنه قد يواجه صعوبة عند السرعة المنخفضة جدًا بدون حقن عالي التردد.
• اسأل كيف يتم ضبط الحلقة الحالية. تتطلب المحركات ذات محاثة الطور المختلفة مكاسب مختلفة، كما يوفر الضبط التلقائي ساعات أثناء التنشيط.
• قم بمراجعة سلوك التحميل الزائد، بما في ذلك الحد الحالي، وتخفيض الحرارة، واستعادة الأخطاء. تحدد هذه التفاصيل ما إذا كانت السيارة ستتوقف بأمان أو ستقطع الطريق على الراكب.
• النظر في الضوضاء الصوتية. إذا كان المنتج عبارة عن دراجة نارية كهربائية أو روبوت توصيل يعمل بالقرب من الأشخاص، فإن الضوضاء تعد نقطة بيع. ال وحدة تحكم بمحرك DC بدون فرش فائقة الهدوء A6 موردو أجهزة التحكم بمحرك DC بدون فرشات فائقة الهدوء، المصنع - شنغهاي APT P APT عبارة عن موردي أجهزة التحكم بمحرك DC بدون فرشات فائقة الهدوء A6 ومصنع أجهزة التحكم بمحرك DC بدون فرشات A6 فائق الهدوء في الصين... عرض المنتج → يعد مثالًا عمليًا للتصميم الموجه الجيوب الأنفية الذي يحافظ على انخفاض ضوضاء التبديل.

لا ينبغي اختيار خوارزميات التحكم في المحركات من المخطط الهيكلي وحده. قم بتعيين دورة العمل ونطاق السرعة وميزانية الضوضاء ومتطلبات السرعة المنخفضة لسيارتك أولاً، ثم قارن وحدات التحكم بتلك الأهداف. تعتبر الخطوات الست مناسبة تمامًا للمروحة، كما أن FOC هي نقطة البداية الصحيحة لمعظم تطبيقات الجر، كما أن أجهزة المراقبة التي لا تحتوي على مستشعرات هي أداة لتوفير التكلفة عندما يسمح نطاق السرعة بذلك. أفضل وحدة تحكم هي تلك التي تتطابق خوارزميتها ومرحلة الطاقة ودعم التطبيق مع ملف تعريف التشغيل الحقيقي لمنتجك.