چگونه می توان الگوریتم کنترل موتور stepper را کارآمدتر کرد
در بهینه سازی طراحی سیستم های کنترل حرکت مبتنی بر موتورهای مرحله ای، مهندسان باید عواملی مانند هزینه، عملکرد، کارایی، چالش های بازخورد غیر منتظره (مانند رزونانس مکانیکی) و زمان توسعه را در نظر بگیرند. سیستم های مدرن کنترل موتور مواجه با چالش کار در انواع محیط های نامطلوب هستند، و بهره وری کلی راه حل های سنتی اغلب با شرایط بدترین شرایطی که در کل سیستم وجود دارد، محدود می شود. الگوریتم های کنترل انطباق برای استخراج حداکثر کارایی یک سیستم الکترومکانیکی بهینه سازی ضروری هستند.
نقشه برداری سیستم
اگر می خواهید بیشترین کارایی را داشته باشید، باید شرایط مرزی تمام سیستم الکترومکانیکی را نقشه بندی کنید. تمام متغیرهای سیستم باید در نظر گرفته شود: دما، تخریب مکانیکی، شتاب، سرعت، ولتاژ منبع تغذیه و غیره. معماری سیستم نیز بر آن تاثیر می گذارد.
در سیستم های حلقه باز، اغلب لازم است موتور را با بدترین حالت درایو فعلی و سرعت پروفایل تحریک کند، بنابراین ما می توانیم فرض کنیم که کارایی هدف اولیه طراحی برای چنین سیستم هایی نیست. این نوع آزمایش بسیار وقت گیر است زیرا سیستم باید در تمام مقادیر ولتاژ، دما و سرعت جریان تأیید شود که موتور ممکن است برای کاهش خطر ریزنسنج استفاده کند. هر سیستم موتور پله دارای پتانسیل تشدید است، که معمولا به دلیل فرکانس طبیعی موتور (یا نزدیک به آن) عمل می کند. اجتناب از این مناطق حیاتی است زیرا رزونانس می تواند موتور را از دست دادن حرکت و یا وارد شدن به یک وضعیت استقلال ایجاد کند. با این حال، برای سیستم های حلقه باز، تعیین این مناطق می تواند بسیار دشوار باشد.
کنترل حلقه بسته به طور معمول دو شکل دارد: یک سیستم مبتنی بر حسگر (اثر نور یا هال) و یک سیستم حسگر. سیستم های بدون حسگر، همچنین به عنوان "سیستم حلقه نیمه بسته" شناخته می شوند، معمولا از ولتاژ تولید شده توسط کویل موتور به عنوان بازخورد استفاده می کنند. سیستم های کنترل مبتنی بر سنسور به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، اما سایر تغییرات در سنسور باید در عمل نقشه برداری در نظر گرفته شود. یک مزیت عمده از سیستم های حسگر این است که آنها فقط نیاز به خواندن اطلاعات در مورد حرکت فیزیکی موتور دارند. مزیت دیگر یکی دیگر از مزایای مهم سیستم کاهش هزینه سیستمهای حلقه بسته یا نیمه بسته است و کاهش پیچیدگی سیستم با حذف نیاز به سنسورهای خارجی است. طراحی موفق نیاز به درک ویژگی های EMF پشت دارد.
نقشه برداری SLA
برگشت EMF تسهیل استخراج اطلاعات دقیق مربوط به حرکت سیستم الکترومکانیکی را فراهم می کند و اطلاعات تشخیصی را فراهم می کند. ولتاژ بین پالس جریان درایو موتور و حرکت کویل موتور از طریق میدان مغناطیسی موتور تولید می شود. این اطلاعات اغلب به عنوان زاویه سرعت و / یا بار (SLA) موتور مطرح می شود. سرعت زاویه ای موتور موتور پله می تواند به خوبی با اندازه گیری میزان EMF پشتی تقریبا نزدیک شود.
شکل 1 نقشه برداری پین های SLA را هنگام رانندگی یک موتور پله ای معمولی نصب شده در سیستم مکانیکی با استفاده از کنترل کننده موتور پله ای AMIS-30522 نشان می دهد. این اطلاعات در طی جابجایی ورودی NXT (ورودی ساعت که سرعت تحریک موتور را تعیین می کند) جمع آوری می شود. همانطور که از چپ به راست حرکت می کند، فرکانس تحریک افزایش می یابد و شما به وضوح می توانید مناطق مختلف کار را ببینید. توانایی اندازه گیری ویژگی های موتور در کل سیستم، یک ویژگی بسیار قدرتمند از سری AMIS-305xx است، به خصوص که می تواند چالش های طراحی سنتی را حل کند، اما قبل از آن، طراح سیستم فقط عملکرد رزونانس موتور را تحلیل کرد و این به رسمیت شناخته شده است که این مناطق ممکن است تغییر زمانی که تمام دستگاه مکانیکی با هم قرار داده شده است.
سیستم کنترل موتور می تواند به طور مداوم ولتاژ SLA را نمونه برداری کند و اگر شرایط غیرطبیعی مواجه شود، می توان اقدامات مناسب را انجام داد. از آنجاییکه نیروی الکترومغناطیسی عقب متناسب با سرعت چرخشی روتور است، می توان آن را به راحتی برای حس کردن بار خارجی روی شفت خروجی و تنظیم جریانی که به موتور ارائه می شود، استفاده می شود. منطقه دیگری که داده ها از پین SLA بسیار مفید است، زمانی که موتور در حال وارد شدن به منطقه رزونانس است. با طراحی الگوریتمی برای شناسایی سریع این وضعیت، سیستم کنترل موتور حرکتی می تواند از طریق این منطقه بلافاصله سرعت بخشید تا سرعت ایمن جدیدی به دست آید.
مربع قرمز در سمت چپ شکل 1 رزونانس در سیستم را برجسته می کند. این ممکن است به دلیل نصب واقعی موتور، فرکانس اساسی رضایت موتور بین مراحل پله یا دیگر عوامل مرتبه دوم باشد. این ها معمولا دامنه های سرعت سوئیچ هستند که باید اجتناب شود. در صورت استفاده از فن آوری Back EMF نیمه هادی ON Semiconductor، می توان آن را به راحتی در عرض چند دقیقه نقشه برداری کرد. این به کاهش فشار بر سیستم الکترومکانیکی کمک می کند. این مهم است زیرا فشار سیستم می تواند موجب افزایش سر و صدا، عملکرد ضعیف شود و ممکن است باعث کاهش قابلیت اطمینان سیستم شود. برجسته این روش جمع آوری داده ها اینست که فرایند نقشه برداری می تواند بدون تغییر فیزیکی به سیستم کامل شود. تنها سنسور موتور خود است، بنابراین هیچ پیچیدگی مکانیکی اضافی وجود ندارد.
مربع قرمز در سمت راست شکل 1 نشان دهنده منطقه ای است که درایو فعلی از زمان ثابت RLC سیستم فراتر رفته و منجر به جریان باقی مانده در سیم پیچ موتور می شود. این "محدودیت سرعت" برای این سیستم الکترومکانیکی خاص است.
بین این دو ناحیه منطقه کار موتور توصیه می شود. همچنین لازم به ذکر است که همان نقشه برداری همچنین می تواند برای شناسایی شرایط استخر که در آن موتور نمی تواند تعویض شود (و بنابراین نمی تواند EMF تولید کند). در کنترل کننده سیستم، این وضعیت تنها می تواند با تنظیم حداقل آستانه بین تحریکات موتور کنترل شود.
از داده های نقشه برداری در طراحی خود استفاده کنید
هنگامی که نقشه برداری کامل است و مشخصات سرعت مطلوب شناخته شده است، بهترین SLA ارزش را می توان انتخاب کرد. برای یک سیستم مشخص، آن را به کارآمدترین نقطه کار تبدیل خواهد کرد. متغیرهای کنترل موتور مانند درایو فعلی، شتاب و سرعت می توانند به صورت پویا تنظیم شوند تا از مشکلاتی که می تواند کارایی سازش، مانند رزونانس مکانیکی و جریان بیش از حد درایو را از بین ببرد، تنظیم می شود. مزیت روش بدون حسگر / برگشت EMF اینست که بازخورد از سنسور یک اطلاعات باینری ساده نیست، اما می تواند برای دستیابی به اطلاعات تشخیصی دقیق از موتور بدون اضافه کردن پیچیدگی سیستم اضافی، ما را قادر به استفاده از تغییرات ظریف در SLA برای جبران در زمان واقعی برای جلوگیری از گم شدن مراحل.
