Sådan styrer man stepper motorens kontrolalgoritme mere effektivt
Ved optimering af bevægelseskontrollsystemer baseret på steppermotorer skal ingeniører overveje faktorer som omkostninger, ydeevne, effektivitet, uventede feedbackudfordringer (såsom mekanisk resonans) og udviklingstid. Moderne motorstyringssystemer står over for udfordringen at operere i en lang række negative miljøer, og den overordnede effektivitet af traditionelle løsninger begrænses ofte af de værste tilfælde, der opstår i hele systemet. Adaptive kontrolalgoritmer er afgørende for at udvinde den maksimale effektivitet af et optimeret elektromekanisk system.
Systemkortlægning
Hvis du ønsker den højeste effektivitet, skal du kortlægge grænsevilkårene for hele det elektromekaniske system. Alle systemvariabler skal overvejes: temperatur, mekanisk nedbrydning, acceleration, hastighed, forsyningsspænding og så videre. Systemarkitekturen har også indflydelse på det.
I åbne kredsløbssystemer er det ofte nødvendigt at skubbe motoren med værste strømdrev og hastighedsprofiler, så vi kan antage, at effektivitet ikke er det primære designmål for sådanne systemer. Denne type af test er meget tidskrævende, fordi systemet skal verificeres ved alle forsyningsspænding, temperatur og hastighedsværdier, som motoren kan bruge til at minimere risikoen for resonans. Hvert stepper motor system har potentialet til at resonere, normalt fordi det opererer ved (eller tæt på) motorens naturlige frekvens. At undgå disse områder er kritisk, fordi resonans kan medføre, at motoren mister bevægelse eller går ind i stalltilstand. For åbne kredsløbssystemer kan det imidlertid være svært at bestemme disse områder.
Lukket kredsløbskontrol tager typisk to former: et sensorbaseret system (lys eller Hall effekt) og et sensorløst system. Sensorløse systemer, også kendt som "semi-closed loop-systemer", bruger typisk spændingen genereret af motorspoler som feedback. Sensorbaserede styresystemer anvendes i vid udstrækning, men andre ændringer til sensoren skal overvejes ved kortlægningspraksis. En stor fordel ved sensorløse systemer er, at de kun skal læse oplysninger om motorens fysiske bevægelse. En anden vigtig fordel er den reducerede systempris ved lukkede eller halvløbssystemer, samtidig med at systemets kompleksitet reduceres ved at eliminere behovet for eksterne sensorer. Succesfuldt design kræver en forståelse af egenskaberne ved den tilbage EMF.
SLA kortlægning
Tilbage EMF muliggør udvinding af detaljerede oplysninger relateret til bevægelsen af det elektromekaniske system og tilvejebringer diagnostiske data. En spænding genereres mellem motorens drivstrømspulser og bevægelsen af motorspolen gennem motorens magnetfelt. Denne information kaldes ofte motorens hastighed og / eller belastningsvinkel (SLA). Vinkelhastigheden af steppermotoren kan godt tilnærmes ved at overvåge størrelsen af den bageste EMF.
Figur 1 viser kortlægningen af SLA-stifterne, når der køres en konventionel stepper motor monteret i et mekanisk system ved hjælp af AMIS-30522 underinddelt stepper motor controller. Disse oplysninger indsamles under fejningen af NXT-indgangen (klokkeindgangen, der bestemmer motorens exciteringshastighed). Når det bevæger sig fra venstre mod højre, øges frekvensen af excitationen, og du kan tydeligt se de forskellige arbejdsområder. Evnen til at måle motorens egenskaber ved hele systemet er et meget kraftfuldt træk ved AMIS-305xx serien, specielt det kan klare traditionelle designudfordringer, men før det har systemdesigneren kun analyseret motorens resonans ydeevne, og det er ikke anerkendt, at disse områder kan ændre sig, når hele den mekaniske enhed er sat sammen.
Motorstyringssystemet kan kontinuerligt prøve SLA-spændingen, og hvis der opstår en unormal situation, kan der træffes passende foranstaltninger. Da den bageste elektromotoriske kraft er proportional med rotorens rotationshastighed, kan den bekvemt bruges til at afkaste den ydre belastning på udgangsakslen og regulere strømmen, som leveres til motoren. Et andet område, hvor data fra SLA-stiften er meget nyttig, er, når motoren er ved at komme ind i resonansområdet. Ved at designe en algoritme for hurtigt at identificere denne situation kan stepper motorstyringssystemet øjeblikkeligt accelerere gennem dette område for at nå en ny sikker hastighed.
Den røde firkant på venstre side af figur 1 fremhæver resonansen i systemet. Dette kan skyldes den egentlige installation af motoren, den grundlæggende frekvens af motorresonansen mellem de trinvise trin eller andre andenordensfaktorer. Disse er normalt kommuteringshastighedssoner, der skal undgås. Hvis ON Semiconductor's back-EMF-teknologi anvendes, kan den nemt kortlægges om få minutter. Dette vil medvirke til at reducere trykket på det elektromekaniske system. Dette er vigtigt, fordi systemtryk kan medføre forøget støj, forringet ydeevne, og kan resultere i reduceret systempålidelighed. Højdepunktet i denne dataindsamlingsmetode er, at kortlægningsprocessen kan gennemføres uden fysiske ændringer af systemet. Den eneste sensor er motoren selv, så der er ingen yderligere mekanisk kompleksitet.
Den røde firkant på højre side af figur 1 angiver det område, hvor det aktuelle drev overstiger systemets RLC-tidskonstant, hvilket resulterer i reststrøm på motorspolen. Det er "hastighedsgrænsen" for dette særlige elektromekaniske system.
Mellem disse to områder er det anbefalede motorarbejdsområde. Det skal også bemærkes, at samme kortlægning også kan bruges til at identificere stallbetingelser, hvor motoren ikke kan kommuteres (og dermed ikke generere tilbage EMF). I systemkontrolenheden kan denne situation kun styres ved at konfigurere minimumstærsklen mellem motor excitationer.
Brug kortlægningsdata i dit design
Når kortlægningen er færdig og den ideelle hastighedsprofil er kendt, kan den bedste SLA-værdi vælges. For et givet system repræsenterer det det mest effektive arbejdspunkt. Motorstyringsvariabler som aktuelt drev, acceleration og hastighed kan justeres dynamisk for at undgå problemer, der kan kompromittere effektivitet, såsom mekanisk resonans og overdreven drivstrøm. Fordelen ved sensorløs / tilbage EMF-metoden er, at tilbagemeldingen fra sensoren ikke er en simpel binær information, men kan bruges til at opnå detaljeret diagnostisk information fra motoren uden at tilføje yderligere systemkompleksitet, så vi kan anvende subtile ændringer i SLA'en til realtids kompensation for at undgå tabte trin.
