Cara menguasai algoritma kawalan motor stepper dengan lebih cekap
Dalam mengoptimumkan reka bentuk sistem kawalan gerakan berdasarkan motor stepper, jurutera mesti mempertimbangkan faktor seperti kos, prestasi, kecekapan, cabaran maklum balas yang tidak dijangka (seperti resonans mekanikal), dan masa pembangunan. Sistem kawalan motor moden menghadapi cabaran beroperasi dalam pelbagai persekitaran yang buruk, dan kecekapan keseluruhan penyelesaian tradisional sering dihadkan oleh keadaan terburuk yang dihadapi oleh keseluruhan sistem. Algoritma kawalan adaptif adalah penting untuk mengekstrak kecekapan maksimum sistem elektromekanik yang dioptimumkan.
Pemetaan sistem
Jika anda mahukan kecekapan tertinggi, anda mesti memetakan syarat sempadan keseluruhan sistem elektromekanik. Semua pembolehubah sistem mesti dipertimbangkan: suhu, degradasi mekanikal, pecutan, kelajuan, voltan bekalan, dan sebagainya. Senibina sistem juga mempunyai kesan ke atasnya.
Dalam sistem gelung terbuka, sering diperlukan untuk merangsang motor dengan memandu semasa dan profil kelajuan terburuk, jadi kita boleh menganggap bahawa kecekapan bukanlah matlamat utama reka bentuk untuk sistem sedemikian. Jenis ujian ini sangat memakan masa kerana sistem mesti disahkan di semua voltan bekalan, suhu dan nilai kelajuan motor yang boleh digunakan untuk meminimumkan risiko resonans. Setiap sistem motor stepper mempunyai potensi untuk merespon, biasanya kerana ia beroperasi pada (atau dekat dengan) frekuensi semulajadi motor. Mengelakkan kawasan ini adalah kritikal kerana resonans boleh menyebabkan motor kehilangan gerakan atau memasuki keadaan gerai. Walau bagaimanapun, bagi sistem gelung terbuka, penentuan kawasan ini boleh menjadi sangat sukar.
Kawalan gelung tertutup biasanya mengambil dua bentuk: sistem berasaskan sensor (cahaya atau kesan Hall) dan sistem tanpa sensor. Sistem tanpa sensor, juga dikenali sebagai "sistem gelung separuh tertutup", biasanya menggunakan voltan yang dihasilkan oleh gegelung motor sebagai maklum balas. Sistem kawalan berasaskan sensor digunakan secara meluas, tetapi perubahan lain pada sensor mesti dipertimbangkan dalam amalan pemetaan. Kelebihan utama sistem tanpa sensor adalah bahawa mereka hanya perlu membaca maklumat mengenai gerakan fizikal motor. Satu lagi kelebihan penting adalah kos sistem yang dikurangkan bagi sistem gelung tertutup atau sistem gelung separuh tertutup, sambil mengurangkan kerumitan sistem dengan menghapuskan keperluan untuk sensor luaran. Reka bentuk yang berjaya memerlukan pemahaman tentang ciri-ciri EMF belakang.
Pemetaan SLA
Back EMF memudahkan pengekstrakan maklumat terperinci yang berkaitan dengan gerakan sistem elektromekanikal dan menyediakan data diagnostik. Voltan dihasilkan antara denyut arus pemacu motor dan pergerakan gegelung motor melalui medan magnet motor. Maklumat ini sering dirujuk sebagai kelajuan dan / atau sudut beban (SLA) motor. Halaju sudut motor stepper boleh dianggarkan dengan baik dengan memantau magnitud EMF belakang.
Rajah 1 menunjukkan pemetaan pin SLA apabila memandu motor stepper konvensional yang dipasang dalam sistem mekanikal menggunakan pengawal motor stepper AMIS-30522. Maklumat ini dikumpulkan semasa sapuan input NXT (input jam yang menentukan kelajuan pengujaan motor). Kerana ia bergerak dari kiri ke kanan, kekerapan kenaikan pengujaan dan anda dapat melihat dengan jelas kawasan kerja yang berbeza. Keupayaan untuk mengukur ciri-ciri motor keseluruhan sistem adalah ciri yang sangat kuat dalam siri AMIS-305xx-terutamanya ia boleh mengendalikan cabaran reka bentuk tradisional, tetapi sebelum itu, pereka sistem hanya menganalisis prestasi resonik motor, dan Ia adalah tidak mengiktiraf bahawa kawasan-kawasan ini mungkin berubah sebaik sahaja seluruh peranti mekanikal disusun.
Sistem kawalan motor boleh menghalakan voltan SLA secara berterusan, dan jika keadaan tidak normal dijumpai, langkah-langkah yang sesuai boleh diambil. Oleh kerana daya elektromotip belakang adalah berkadar dengan kelajuan pemutar rotor, ia boleh digunakan dengan mudah untuk merasakan beban luaran pada aci keluaran dan mengawal arus yang dibekalkan kepada motor. Satu lagi bidang di mana data dari pin SLA sangat berguna ialah apabila motor akan memasuki kawasan resonan. Dengan merekabentuk algoritma untuk mengenal pasti keadaan ini dengan cepat, sistem kawalan motor stepper dapat dengan cepat mempercepatkan kawasan ini untuk mencapai kelajuan selamat yang baru.
Dataran merah di sebelah kiri Rajah 1 menyoroti resonans dalam sistem. Ini mungkin disebabkan oleh pemasangan sebenar motor, frekuensi asas resonans motor antara langkah-langkah yang telah dilangkah, atau faktor pesanan kedua yang lain. Ini biasanya adalah zon kelajuan komutasi yang perlu dielakkan. Sekiranya teknologi EMF belakang Semiconductor digunakan, ia boleh dipetakan dengan mudah dalam masa beberapa minit. Ini akan membantu mengurangkan tekanan ke atas sistem elektromekanik. Ini penting kerana tekanan sistem boleh menyebabkan bunyi bising, prestasi yang rosak, dan boleh menyebabkan kebolehpercayaan sistem dikurangkan. Kemunculan kaedah pengumpulan data ini adalah bahawa proses pemetaan boleh diselesaikan tanpa perubahan fizikal kepada sistem. Satu-satunya sensor adalah motor itu sendiri, jadi tidak ada kerumitan mekanikal tambahan.
Dataran merah di sebelah kanan Rajah 1 menunjukkan kawasan di mana pemacu semasa melebihi pemalar masa RLC sistem, menyebabkan arus baki di gegelung motor. Ia adalah "had kelajuan" untuk sistem elektromekanik tertentu ini.
Antara kedua-dua kawasan tersebut adalah kawasan kerja motor yang disyorkan. Perlu juga diingat bahawa pemetaan yang sama juga boleh digunakan untuk mengenal pasti keadaan gerai di mana motor tidak boleh dipancarkan (dan oleh itu tidak dapat menghasilkan EMF kembali). Dalam pengawal sistem, keadaan ini hanya boleh dikawal dengan mengkonfigurasi ambang minimum antara penggambaran motor.
Gunakan data pemetaan dalam reka bentuk anda
Setelah pemetaan selesai dan profil kelajuan ideal diketahui, nilai SLA terbaik boleh dipilih. Untuk sistem tertentu, ia akan mewakili titik kerja yang paling berkesan. Pemboleh ubah kawalan motor seperti pemacu semasa, pecutan, dan kelajuan boleh diselaraskan secara dinamik untuk mengelakkan masalah yang dapat menjejaskan kecekapan, seperti resonans mekanikal dan arus memandu berlebihan. Kelebihan kaedah tanpa sensor / belakang EMF ialah maklum balas daripada sensor bukanlah maklumat binari yang mudah, tetapi boleh digunakan untuk mendapatkan maklumat diagnostik terperinci dari motor tanpa menambah kerumitan sistem tambahan, yang membolehkan kami menggunakan perubahan yang halus dalam SLA untuk pampasan masa nyata untuk mengelakkan langkah yang hilang.
