Kako efikasnije kontrolirati algoritam kontrole stepper motora
Prilikom optimizacije dizajna sistema kontrole pokreta zasnovanih na stepper motorima, inženjeri moraju uzeti u obzir faktore kao što su troškovi, performanse, efikasnost, neočekivani izazovi povratne sprege (kao što su mehanička rezonanca) i vrijeme razvoja. Savremeni sistemi za kontrolu motora suočavaju se sa izazovom rada u različitim nepovoljnim okruženjima, a ukupna efikasnost tradicionalnih rješenja često je ograničena uslovima najgoreg stanja kod kojih se cijeli sistem susreo. Adaptivni kontrolni algoritmi su od suštinskog značaja za izvlačenje maksimalne efikasnosti optimizovanog elektromehaničkog sistema.
Mapiranje sistema
Ako želite najveću efikasnost, morate mapirati granične uslove čitavog elektromehaničkog sistema. Sve sistemske varijable moraju se uzeti u obzir: temperatura, mehanička degradacija, ubrzanje, brzina, napon napajanja i tako dalje. Arhitektura sistema takođe ima uticaj na to.
U sistemima otvorenog kruga često je neophodno uzbuđivati motor sa najslabijim aktuelnim pogonom i profilima brzine, tako da možemo pretpostaviti da efikasnost nije glavni cilj dizajna za takve sisteme. Ovakav tip testiranja je veoma dugotrajan, jer se sistem mora provjeriti pri svim naponskim, temperaturnim i brzinskim vrijednostima koje motor može koristiti da bi smanjio rizik od rezonance. Svaki stepper motorni sistem ima potencijal za rezoniranje, obično zato što radi na (ili blizu) prirodnoj frekvenciji motora. Izbjegavanje ovih područja je kritično jer rezonancija može dovesti do gubitka pokreta motora ili ulaska u stalni uslov. Međutim, za sisteme otvorene petlje, određivanje ovih područja može biti veoma teško.
Kontrola zatvorene petlje obično uzima dva oblika: sistem zasnovan na senzoru (efekat svetlosti ili Hall-a) i sistem bez senzora. Sistemi bez senzora, poznati i kao "polu-zatvoreni petlji", obično koriste napon koji generiše motorni zavojnici kao povratna informacija. Kontrolni sistemi zasnovani na senzoru se široko koriste, ali se u mapiranju prakse moraju razmatrati i druge promjene senzora. Velika prednost senzorskih sistema je u tome što samo treba pročitati informacije o fizičkom kretanju motora. Druga značajna prednost je smanjivanje troškova sistema zatvorenih ili polu-zatvorenih petlji sistema, uz smanjenje složenosti sistema eliminiranjem potrebe za vanjskim senzorima. Uspešan dizajn zahteva razumevanje karakteristika zadnjeg EMF-a.
SLA kartiranje
Nazad EMF olakšava izradu detaljnih informacija vezanih za kretanje elektromehaničkog sistema i daje dijagnostičke podatke. Napon se stvara između strujnih impulsa pogona motora i kretanja spirale motora kroz magnetno polje motora. Ove informacije se često nazivaju ugao brzine i / ili opterećenja (SLA) motora. Ugaona brzina koračnog motora može se dobro aproksimirati praćenjem veličine zadnjeg EMF-a.
Slika 1 prikazuje mapiranje SLA pinova pri vožnji konvencionalnog koračnog motora montiranog u mehanički sistem pomoću podijeljenog kontrolera stepenika motora AMIS-30522. Ove informacije se sakupljaju tokom pomeranja NXT ulaza (ulazni sat koji određuje brzinu ekspozicije motora). Kako se kreće s leva na desno, frekvencija ekscitacije se povećava i jasno možete videti različite radne površine. Mogućnost merenja karakteristika motora čitavog sistema je vrlo moćna karakteristika serije AMIS-305xx - naročito ona može da se nosi sa tradicionalnim izazovima dizajna, ali pre toga, dizajner sistema je samo analizirao rezonantne performanse motora, i to je nije prepoznao da se ove oblasti mogu mijenjati kada se cijeli mehanički uređaj sastavi.
Kontrolni sistem motora može kontinuirano uzimati uzorak SLA napona, a ako se nađe neobična situacija, mogu se preduzeti odgovarajuće mere. S obzirom da je zadnja elektromotorna sila proporcionalna brzini rotacije rotora, može se koristiti za osetljivost spoljnog opterećenja na izlaznom vratilu i regulisanje struje koja se isporučuje za motor. Još jedna oblast u kojoj su podaci iz SLA pin-a veoma korisni je kada se motor uđe u rezonantni region. Kreiranjem algoritma za brzo identifikovanje ove situacije, sistem upravljanja stepenom motora može odmah da se ubrza kroz ovo područje kako bi se postigla nova sigurna brzina.
Crveni kvadrat na levoj strani slike 1 naglašava rezonancu u sistemu. Ovo se može dogoditi zbog stvarne ugradnje motora, osnovne frekvencije motora između stepenastih koraka ili drugih faktora drugog reda. To su obično komutacijske zone brzine koje treba izbegavati. Ako se koristi EMF tehnologija ON Semiconductora, može se lako mapirati za nekoliko minuta. Ovo će pomoći smanjenju pritiska na elektromehanički sistem. Ovo je važno jer pritisak sistema može prouzrokovati povećanje buke, degradirane performanse i može dovesti do smanjene pouzdanosti sistema. Vrhunac ovog načina prikupljanja podataka je taj što se proces mapiranja može završiti bez fizičkih promjena u sistemu. Jedini senzor je sam motor, tako da nema dodatne mehaničke složenosti.
Crveni kvadrat na desnoj strani slike 1 označava oblast na kojoj trenutni pogon premašuje vremensku konstantu RLC sistema, što rezultira preostalom strujom na motornom zavojnicu. To je "ograničenje brzine" za ovaj elektromehanički sistem.
Između ova dva područja preporučena je radna površina motora. Takođe treba napomenuti da se isto mapiranje takođe može koristiti za identifikaciju uslova stajanja gdje se motor ne može komutirati (i samim tim ne može povratiti EMF). U upravljaču sistema, ova situacija se može kontrolisati samo konfiguracijom minimalnog praga između uzbuđenja motora.
Koristite podatke za mapiranje u vašem dizajnu
Kada se mapiranje završi i idealan profil brzine je poznat, može se izabrati najbolja SLA vrijednost. Za određeni sistem, to će predstavljati najefikasniju radnu tačku. Promenljive regulacije motora, kao što je trenutni pogon, ubrzanje i brzina, mogu se dinamički prilagoditi kako bi se izbegli problemi koji mogu ugroziti efikasnost, kao što su mehanička rezonanca i prekomerna struja pogona. Prednost metode bez senzora / zadnje EMF je to što povratna informacija senzora nije jednostavna binarna informacija, ali se može koristiti za dobijanje detaljnih dijagnostičkih podataka iz motora bez dodavanja dodatne složenosti sistema, što nam omogućava korištenje suptilnih promjena u SLA za nadoknadu u realnom vremenu kako bi izbjegli izgubljene korake.
