直流電機控制原理

點擊次數:   更新时间:2018-10-11 16:52:10   【關閉分    享:

  直流電機的控制原理,要让电机转动起来,首先控制部就根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或關閉)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序,inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管),使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时,控制部又再开启下一组功率晶体管,如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则關閉功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。

  基本上功率晶体管的开法可举例如下:AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组,但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间,所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去,否则当上臂(或下臂)尚未關閉,下臂(或上臂)就已开启,结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。

  當電機轉動起來,控制部會再根據驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關導通,以及導通時間長短。速度不夠則開長,速度過頭則減短,此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式,如何産生這樣的PWM才是要達速度控制的核心。

  高转速的速度控制考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间,另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、 实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢,怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考,使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好,P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制,因此回授信号就等于是告诉控制部电机转速距离目标速度还差多少,这就是误差(Error)。知道了误差自然就要补偿,方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的,若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能掌握,所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。

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