Sensoriton ohjaus: miten ohjain arvioi moottorin sijainnin
Monet ohjaimet pystyvät ohjaamaan moottoria ilman asentoantureita: tätä kutsutaan sensorittomaksi ohjaukseksi, tai "sensorless"-ohjaukseksi. Ohjain laskee jatkuvasti roottorin sijainnin sen perusteella, mitä se jo mittaa. Tätä laskentaa kutsutaan estimaattoriksi. Tämä opas selittää sen periaatteen, vahvuudet ja rajoitukset.
Tärkeimmät asiat
- Kääntöliikkeessä magneettimoottori tuottaa jännitteen, jonka suunta ilmaisee roottorin asennon.
- Seurantajärjestelmä laskee tämän jännitteen käyttämällä syötettyä jännitettä ja mitattua virtaa, ja ottaa huomioon käämien resistanssin ja induktanssin aiheuttaman virrankulutuksen.
- Hän tarvitsee tarkkoja arvoja moottorin resistanssille, induktanssille ja magneettivuolle: nämä tiedot saadaan moottorin tunnistuksen avulla.
- Seisottuna ja erittäin alhaisilla nopeuksilla, mitattavaa dataa on hyvin vähän: tämä on ilman antureita toimivien järjestelmien suurin rajoitus.
Periaate: kuunnella dynamoa
Käynnissä oleva harjaton moottori toimii generaattorina: se tuottaa jännitettä, joka tunnetaan vastavirtana, ja tämä jännite on suhteessa moottorin nopeuteen sekä riippuu magneettien asennosta. Jos tämä jännite tunnetaan, myös roottorin kulma voidaan määrittää.
Ohjain ei voi mitata tätä suoraan, koska se itse syöttää virtaa moottorille. Se kuitenkin tietää käytetyn jännitteen ja mittaa virran. Käytetty jännite jakautuu kolmeen osaan:
- putoaminen vastuksessa, joka on suhteellinen virran suuruuteen;
- "Induktanssiin" liittyvä osuus, joka on suhteessa virran muutoksiin;
- voimakas takaisinkytkentäjännite, jota pyritään saavuttamaan.
Poistamalla kaksi ensimmäistä arvoa jännitteestä, jäljelle jää kolmas. Tämä on koko tarkkailijan työ.
Virtausmittari
Yleinen menetelmä perustuu magneettisen fluxin laskemiseen, eikä niinkään jännitteeseen. Integroimalla ajan suhteen käytetty jännite, vähennettynä vastuksen aiheuttama jännitehäviö, saadaan selville kokonaisflux, jonka kelat havaitsevat. Vähentämällä siitä virran osuus (induktanssi kerrottuna virralla), jäljelle jää magneettien aiheuttama flux, jonka suunta määrittää roottorin kulman.
Integroinnissa on yksi heikkous: pieninkin virhe kasaantuu ja vaikuttaa lopputulokseen. Nykyaikaiset järjestelmät korjaavat tätä jatkuvasti varmistamalla, että arvioidun magneettivuon suuruus pysyy samana kuin tunnettu magneettien vuo. Siksi moottorin tunnistus mittaa juuri tätä vuota.
Toinen vaihe, usein vaiheensorvauspiiri (PLL), suodattaa saadun kulman ja laskee sen perusteella nopeuden.
Mikä häiritsee häntä
- Lämpötilan vaikutus vastukseen: Kuumalla kuparilla on suurempi vastus. Huonosti tunnettu vastus vääristää arvioita, erityisesti alhaisilla nopeuksilla, kun vastavoima on pieni. Katso oppaamme sähkömoottorin lämpenemisestä.
- `Virheellisesti mitattu induktanssi: Virhe kasvaa virran ja virran muutoksenopeuden mukana. `
- Magneetit heikkenevät lämmetessään: todellinen magneettivuon voimakkuus poikkeaa tunnetusta magneettivuon voimakkuudesta.
- `Epätarkat mittaukset: virta-antureiden epätarkkuus, todellinen jännite poikkeaa asetetusta arvosta johtuen vasteajasta.`
Jarrutuksen rajoitus
Pysäytettäessä moottori ei tuota jännitettä: tarkkailijalla ei ole mitään havaittavaa. Erittäin alhaisilla nopeuksilla signaali on niin heikko, että virheet ovat hallitsevia. Siksi moottori, jossa ei ole antureita, voi epäröidä tai täristä käynnistyksessä kuormituksen alaisena, kun taas se toimii täydellisesti, kun se on käynnissä.
Kolme ratkaisua on olemassa:
- Avoin silmukka -käynnistys: Ohjain pyörittää moottoria "sokeasti" kunnes moottori saavuttaa nopeuden, jossa käyttäjä ottaa ohjauksen haltuunsa;
- Korkeataajuuksinen injektio: Ohjain lisää pienen, nopean signaalin ja tarkkailee, miten moottorin induktanssi muuttuu kulman funktiona. Tämä toimii erityisesti paikallaan ollessa, erityisesti moottoreissa, joissa on selkeä sairaus, kuten sisämagneettimoottoreissa
- Hall-anturit käynnistyksessä, ja sen jälkeen siirrytään käyttämään anturia ajon aikana: tämä on yleisin ratkaisu sähköpotkulautoissa. Katso oppaamme moottorin asentoantureista.
Miksi sensorittomia järjestelmiä pidetään niin arvokkaina?
- Ei tarvitse asentaa, kytkeä tai suojata antureita vedeltä tai lämmöltä.
- Usein tarkempi arvio kuin Hall-antureilla, erityisesti kun moottori pyörii.
- Vararatkaisu, joka aktivoituu, kun anturi vikaantuu ajon aikana.
Usein kysytyt kysymykset
Miksi VESC-ohjelmistossa on useita sensoreita (tai "observaattoreita")?
Koska mikään ei ole täydellinen kaikissa tilanteissa. Jotkut kestävät paremmin virheellisiä asetuksia, toiset reagoivat paremmin nopeisiin muutoksiin tai toimivat alhaisemmilla nopeuksilla. Valinta riippuu moottorista ja käyttötarkoituksesta, ja tulos tarkistetaan käytännössä ajamalla.
Voiko moottori, jonka parametrit on määritetty oikein, toimia huonosti ilman antureita pitkän käytön jälkeen?
Kyllä: lämmetessä käämien vastus kasvaa ja magneetit heikkenevät hieman. Ero mitattuihin arvoihin verrattuna kylmässä tilassa voi heikentää arvioita alhaisilla nopeuksilla. Jotkut ohjaimet kompensoivat vastusta moottorin lämpötilan perusteella.
Soveltuuko anturiton moottoriohjain sähköpotkulautaan?
Ajossa toimii erinomaisesti. Käynnistyksessä, erityisesti ylämäkeen tai raskaamman kuljettajan kanssa, Hall-anturit ovat edelleen erittäin hyödyllisiä. Näiden kahden yhdistelmä on paras valinta.