Érzékelő nélküli vezérlés: hogyan határozza meg egy algoritmus a motor pozícióját?
Sok vezérlő képes motorral működni anélkül, hogy pozícióérzékelőre lenne szükség. Ezt a vezérlést érzékelő nélküli vezérlésként, vagy "sensorless" vezérlésként emlegetjük. A vezérlő folyamatosan kiszámítja a rotor helyzetét a már mért adatok alapján. Ezt a számítást figyelőnek nevezzük. Ez a útmutató elmagyarázza a működési elvét, előnyeit és korlátait.
A lényeg
- A kanyarodás során egy állandómágneses motor feszültséget generál, amelynek polaritása a forgórész helyzetét jelzi.
- A mérőeszköz a feszültségből és a mért áramból számítja ki a tényleges feszültséget, figyelembe véve a tekercsekben lévő ellenállás és indukciónak a fogyasztását.
- A motor megfelelő ellenállás-, indukciós és fluxusértékeinek ismerete elengedhetetlen a megfelelő működéshez: ezt a motor tesztelése biztosítja.
- Alacsony sebességnél és álló állapotban szinte semmit sem lehet mérni: ez a szenzor nélküli rendszerek legnagyobb korlátozása.
Az elv: a dinamó hangjára figyelni
Egy forgó mágneses motor egy generátor: feszültséget termel, amely a mágnesek helyzetétől függően változik, és amelynek nagysága a forgási sebesség arányában áll. Ha ezt a feszültséget ismerjük, akkor ismerjük a forgórész (rotor) szögét.
A vezérlő nem képes közvetlenül mérni ezt az értéket, mivel maga is táplálja a motort. Azonban ismeri a rá alkalmazott feszültséget, és méri az áramot. A rá alkalmazott feszültség három részre oszlik:
- a tekercsek ellenállásának csökkenése, amely a árammal arányos;
- az indukativitás által elnyelt energia, amely a áramerősség változásainak arányában áll;
- az ellen-elektromotív erő, amelyet meg kell keresni.
A feszültség értékéből az első két értéket eltávolítva, a harmadik érték marad. Ez az egész az adatgyűjtő munkája.
Az áramfigyelő
Egy elterjedt módszer a mágneses fluxusra összpontosít, a feszültség helyett. A ráadott feszültség időbeli integrálása, a rezisztenciában keletkező feszültségcsökkenés figyelembevétele után, megkapjuk a tekercsek által érzékelt teljes fluxust. A áram által okozott rész kivonása után, megmarad a mágnesek fluxusa, amelynek iránya a rotor szögét adja meg.
A beépítésnek van egy hátránya: a legkisebb hibák is felhalmozódnak, és eltorzíthatják az eredményt. A modern rendszerek ezt folyamatosan korrigálják úgy, hogy biztosítják, hogy a becsült áram nagysága megegyezzen a mágnesek ismert áramával. Ezért a motorfelmérés méri ezt az áramot.
Egy második szakasz, mely gyakran egy fázis-követő hurkot (PLL) tartalmaz, simítja a kapott szöget, és ebből számítja ki a sebességet.
Ez az, ami megtéveszti
- A hőmérséklettől függő ellenállás: A meleg réz nagyobb ellenállást mutat. Egy rosszul ismert ellenállás pontatlan eredményeket okoz, különösen alacsony sebességnél, ahol a ellenkező elektromos erő gyenge. Nézze meg a motor túlfűtésével kapcsolatos útmutatónkat.
- `Pontosan nem mért indukativitás: a hiba mértéke a áram erősségével és a áram változásának sebességével nő. `
- `A gyengülő mágnesek, amikor felmelegednek: a tényleges mágneses fluxus eltér a ismert fluxustól.`
- Pontosatlanságok a mérésekben: az áramérzékelők eltolódása, a ténylegesen alkalmazott feszültség eltérése a beállított értékhez képest a késlekedés miatt.
A fékezés határtevékenysége
Amikor a motor áll, nem termel feszültséget: a megfigyelő semmit sem lát. Nagyon alacsony sebességnél a jel annyira gyenge, hogy a hibák dominálnak. Ezért egy szenzor nélküli motor néha bizonytalanul indulhat vagy remeghet terhelés alatt, míg ha már elindult, tökéletesen működik.
Három megoldási lehetőség áll rendelkezésre:
- Nyílt hurkú indítás: A vezérlő "vakon" növeli a motor fordulatszámát, amíg a motor egy olyan sebességre nem éri, ahol a felhasználó átveszi az irányítást
- A nagyfrekvenciás injektálás: A vezérlő egy rövid, gyors jelet ad hozzá, és figyeli, hogy a motor induktanciája hogyan változik a forgási szöggel. Ez jól működik álló állapotban, különösen a kiemelten mágneses motoroknál, például a belső mágneses motoroknál;
- A motor indításakor a Hall-érzékelők használatát követi a "figyelő" üzemmód, miközben a készülék működik: ez a leggyakoribb megoldás a robogókon. Nézze meg a motorpozíció-érzékelőkkel kapcsolatos útmutatónkat.
Miért olyan népszerű a szenzor nélküli megoldás?
- Nincs szükség szenzorok beépítésére, bekötésére, vagy védelmére a víz és a hő ellen.
- Ez a becslés gyakran pontosabb, mint a Hall-érzékelők által nyújtott adatok, már akkor is, amikor a motor forog.
- Egy tartalék megoldás arra az esetre, ha egy szenzor meghibásodik menet közben.
Gyakori kérdések
Miért kínál a VESC firmware több különböző "figyelőt" (observert)?
Mert egyik sem tökéletes minden szempontból. Egyesek jobban ellenállnak a beállítási hibáknak, mások jobban reagálnak a gyors változásokra, vagy alacsonyabb fordulatszámon is jól működnek. A választás a motor és a felhasználási célponttól függ, és a végeredményt a használat során ellenőrizzük.
Egy megfelelően beállított motor, amely eddig problémamentesen működött, meghibásodhat-e szenzorok nélkül, hosszú használat után?
Igen: a tekercsek ellenállása a fűtés hatására nő, és a mágnesek kissé gyengülnek. A hideg állapotban mért értékekhez képest tapasztalható különbség befolyásolhatja a alacsony sebességnél történő méréseket. Egyes vezérlők kompenzálják a tekercsek ellenállását a motor hőmérsékletének függvényében.
A szenzor nélküli megoldás alkalmas-e robogóra?
Mozgás közben nagyon jól működik. Indításkor, különösen emelkedőn vagy nehezebb pilótával, a Hall-érzékelők továbbra is nagyon hasznosak. A kettő kombinálása a legjobb választás.