Hvordan mestre styringsalgoritmen til steppermotoren mer effektivt
Ved å optimalisere utformingen av bevegelsestyringssystemer basert på steppermotorer, må ingeniører vurdere faktorer som kostnad, ytelse, effektivitet, uventede tilbakemeldingsutfordringer (som mekanisk resonans) og utviklingstid. Moderne motorstyringssystemer står overfor utfordringen med å operere i en rekke negative miljøer, og den generelle effektiviteten til tradisjonelle løsninger er ofte begrenset av de verste forholdene som hele systemet opplever. Adaptive kontrollalgoritmer er essensielle for å trekke ut maksimal effektivitet av et optimalisert elektromekanisk system.
System kartlegging
Hvis du vil ha den høyeste effektiviteten, må du kartlegge grensevilkårene for hele det elektromekaniske systemet. Alle systemvariabler må vurderes: temperatur, mekanisk nedbrytning, akselerasjon, hastighet, forsyningsspenning og så videre. Systemarkitekturen har også innvirkning på den.
I åpen-sløysystemer er det ofte nødvendig å spenne motoren med værste kjørestrøm og hastighetsprofiler, slik at vi kan anta at effektivitet ikke er det primære designmålet for slike systemer. Denne typen testing er svært tidkrevende fordi systemet må verifiseres ved alle forsyningsspennings-, temperatur- og hastighetsverdier som motoren kan bruke for å minimere risikoen for resonans. Hvert trinnmotoranlegg har potensial til å resonere, vanligvis fordi den opererer ved (eller nær) motorens naturlige frekvens. Å unngå disse områdene er kritisk fordi resonans kan føre til at motoren mister bevegelse eller går inn i stalltilstand. For åpne loop-systemer kan det imidlertid være svært vanskelig å bestemme disse områdene.
Lukkekontrollen tar vanligvis to former: et sensorbasert system (lys eller Hall-effekt) og et sensorfritt system. Sensorfrie systemer, også kjent som "semi-closed loop systems", bruker vanligvis spenningen generert av motorspolen som tilbakemelding. Sensorbaserte styringssystemer er mye brukt, men andre endringer i sensoren må vurderes i kartleggingspraksis. En stor fordel ved sensorløse systemer er at de bare trenger å lese informasjon om motorens fysiske bevegelse. En annen viktig fordel er den reduserte systemkostnaden for lukkede eller halvlukkede sløyfesystemer, samtidig som systemets kompleksitet reduseres ved å eliminere behovet for eksterne sensorer. Vellykket design krever en forståelse av egenskapene til den bakre EMF.
SLA kartlegging
Tilbake EMF muliggjør utvinning av detaljert informasjon relatert til bevegelsen til det elektromekaniske systemet og gir diagnostiske data. En spenning genereres mellom motorens drivstrømspulser og bevegelsen av motorspolen gjennom motorens magnetfelt. Denne informasjonen refereres ofte til motorens hastighet og / eller belastningsvinkel (SLA). Vinkelhastigheten til steppemotoren kan godt tilnærmet ved å overvåke størrelsen på den bakre EMF.
Figur 1 viser kartlegging av SLA-pinnene ved kjøring av en konvensjonell stepper motor montert i et mekanisk system ved hjelp av AMIS-30522-underdelt stepper motorstyring. Denne informasjonen samles under feiingen av NXT-inngangen (klokkeinngangen som bestemmer motorens eksitasjonshastighet). Når det beveger seg fra venstre mot høyre, øker frekvensen av eksitasjonen og du kan tydelig se de ulike arbeidsområdene. Evnen til å måle motoregenskapene til hele systemet er en veldig kraftig funksjon i AMIS-305xx-serien, spesielt den kan håndtere tradisjonelle designutfordringer, men før det, analyserte systemdesigneren kun motorens resonansytelse, og det er Ikke kjent at disse områdene kan endres når hele den mekaniske enheten er satt sammen.
Motorstyringssystemet kan kontinuerlig prøve SLA-spenningen, og hvis det oppstår en unormal situasjon, kan det tas passende tiltak. Siden den bakre elektromotoriske kraften er proporsjonal med rotasjonshastigheten til rotoren, kan den hensiktsmessig brukes til å påkjenne den eksterne belastningen på utgangsakselen og regulere strømmen som følger med motoren. Et annet område der data fra SLA-pin er veldig nyttig, er når motoren er i ferd med å gå inn i resonansområdet. Ved å designe en algoritme for å raskt identifisere denne situasjonen, kan stepper motorstyringssystemet umiddelbart akselerere gjennom dette området for å oppnå en ny sikker hastighet.
Den røde firkanten på venstre side av figur 1 fremhever resonansen i systemet. Dette kan skyldes den faktiske installasjonen av motoren, den grunnleggende frekvensen til motorresonansen mellom trinnene eller andre andre rekkefølgefaktorer. Disse er vanligvis kommutasjonshastighetssoner som må unngås. Hvis ON Semiconductor's back-EMF-teknologi brukes, kan den enkelt kartlegges om noen minutter. Dette vil bidra til å redusere trykket på det elektromekaniske systemet. Dette er viktig fordi systemtrykk kan føre til økt støy, forringet ytelse, og kan føre til redusert system pålitelighet. Høydepunktet i denne datainnsamlingsmetoden er at kartleggingsprosessen kan fullføres uten fysiske endringer i systemet. Den eneste sensoren er selve motoren, så det er ingen ekstra mekanisk kompleksitet.
Den røde firkanten på høyre side av figur 1 angir området der den nåværende stasjonen overskrider systemets RLC-tidskonstant, noe som resulterer i gjenværende strøm på motorspolen. Det er "fartsgrensen" for dette elektromekaniske systemet.
Mellom disse to områdene er det anbefalte motorbearbeidingsområdet. Det skal også bemerkes at samme kartlegging også kan brukes til å identifisere stallforhold der motoren ikke kan kommuteres (og dermed ikke generere tilbake EMF). I systemkontrolleren kan denne situasjonen kun styres ved å konfigurere minimumsgrensen mellom motorutskudd.
Bruk kartlegging av data i ditt design
Når kartleggingen er fullført og den ideelle hastighetsprofilen er kjent, kan den beste SLA-verdien velges. For et gitt system vil det representere det mest effektive arbeidsstedet. Motorstyringsvariabler som strømdrift, akselerasjon og hastighet kan justeres dynamisk for å unngå problemer som kan kompromittere effektivitet, som mekanisk resonans og overdreven kjørestrøm. Fordelen med sensorløs / bak EMF-metoden er at tilbakemeldingen fra sensoren ikke er en enkel binær informasjon, men kan brukes til å få detaljert diagnostisk informasjon fra motoren uten å legge til ekstra systemkompleksitet, slik at vi kan bruke subtile endringer i SLA for sanntids kompensasjon for å unngå tapte trinn.
