AVR492: Kontrol motor DC tanpa sikat AT90PWM3. Motor DC Tanpa Sikat Motor DC Tanpa Sikat

Dipublikasikan pada 11.04.2013

Perangkat bersama (Inrunner, Outrunner)

Motor DC brushless terdiri dari sebuah rotor dengan magnet permanen dan stator dengan belitan. Ada dua jenis mesin: Inrunner, di mana magnet rotor berada di dalam stator dengan belitan, dan Orang yg lari cepat, di mana magnet terletak di luar dan berputar di sekitar stator tetap dengan belitan.

skema Inrunner biasanya digunakan untuk motor berkecepatan tinggi dengan jumlah kutub yang sedikit. Orang yg lari cepat jika perlu, dapatkan motor torsi tinggi dengan kecepatan relatif rendah. Secara struktural, Inrunner lebih sederhana karena fakta bahwa stator tetap dapat berfungsi sebagai rumahan. Perangkat pemasangan dapat dipasang ke sana. Dalam kasus Outrunners, seluruh bagian luar berputar. Mesin diikat dengan poros tetap atau bagian stator. Dalam kasus roda motor, pengikatan dilakukan untuk sumbu tetap stator, kabel dibawa ke stator melalui sumbu berongga.

magnet dan kutub

Jumlah kutub pada rotor adalah genap. Bentuk magnet yang digunakan biasanya persegi panjang. Magnet silinder lebih jarang digunakan. Mereka dipasang dengan tiang bolak-balik.

Jumlah magnet tidak selalu sesuai dengan jumlah kutub. Beberapa magnet dapat membentuk satu kutub:

Dalam hal ini, 8 magnet membentuk 4 kutub. Ukuran magnet tergantung pada geometri motor dan karakteristik motor. Semakin kuat magnet yang digunakan, semakin tinggi momen gaya yang dihasilkan motor pada poros.

Magnet pada rotor dipasang dengan perekat khusus. Yang kurang umum adalah desain dengan dudukan magnet. Bahan rotor dapat konduktif secara magnetis (baja), konduktif non-magnetik (paduan aluminium, plastik, dll.), Dikombinasikan.

Gulungan dan gigi

Belitan motor brushless tiga fase dilakukan dengan kabel tembaga. Kawat dapat berupa inti tunggal atau terdiri dari beberapa inti berinsulasi. Stator terbuat dari beberapa lembar baja konduktif magnetis yang dilipat menjadi satu.

Jumlah gigi stator harus dibagi dengan jumlah fase. itu. untuk motor brushless tiga fasa, jumlah gigi stator harus habis dibagi 3. Jumlah gigi stator bisa lebih atau kurang dari jumlah kutub pada rotor. Misalnya ada motor dengan skema: 9 gigi / 12 magnet; 51 gigi / 46 magnet.

Mesin dengan stator 3 gigi sangat jarang digunakan. Karena hanya dua fase yang bekerja setiap saat (saat bintang dinyalakan), gaya magnet bekerja pada rotor tidak merata di sekeliling keliling (lihat Gambar.).

Gaya yang bekerja pada rotor mencoba membengkokkannya, yang menyebabkan peningkatan getaran. Untuk menghilangkan efek ini, stator dibuat dengan sejumlah besar gigi, dan belitan didistribusikan secara merata ke seluruh keliling stator.

Dalam hal ini, gaya magnet yang bekerja pada rotor saling meniadakan. Tidak ada ketidakseimbangan.

Opsi untuk distribusi belitan fase oleh gigi stator

Opsi berliku untuk 9 gigi

Opsi berliku untuk 12 gigi

Pada diagram di atas, jumlah gigi dipilih sedemikian rupa habis dibagi 3 saja. Misalnya, kapan 36 gigi diperhitungkan 12 gigi per fase. 12 gigi dapat didistribusikan sebagai berikut:

Skema yang paling disukai adalah 6 kelompok dengan 2 gigi.

Ada motor dengan 51 gigi di stator! 17 gigi per fase. 17 adalah bilangan prima, hanya habis dibagi 1 dan dirinya sendiri. Bagaimana cara mendistribusikan belitan pada gigi? Sayangnya, saya tidak dapat menemukan contoh dan teknik dalam literatur yang dapat membantu menyelesaikan masalah ini. Ternyata belitan itu didistribusikan sebagai berikut:

Pertimbangkan sirkuit belitan nyata.

Harap dicatat bahwa belitan memiliki arah belitan yang berbeda pada gigi yang berbeda. Arah belitan yang berbeda ditunjukkan dengan huruf kapital dan kapital. Detail tentang desain belitan dapat ditemukan dalam literatur yang ditawarkan di akhir artikel.

Belitan klasik dilakukan dengan satu kabel untuk satu fase. Itu. semua belitan pada gigi satu fase dihubungkan secara seri.

Gulungan gigi juga dapat dihubungkan secara paralel.

Bisa juga ada inklusi gabungan

Sambungan paralel dan gabungan memungkinkan untuk mengurangi induktansi belitan, yang mengarah pada peningkatan arus stator (karenanya daya) dan kecepatan motor.

Omset listrik dan nyata

Jika rotor motor memiliki dua kutub, maka dengan satu putaran penuh medan magnet pada stator, rotor membuat satu putaran penuh. Dengan 4 kutub, dibutuhkan dua putaran medan magnet pada stator untuk memutar poros motor satu putaran penuh. Semakin besar jumlah kutub rotor, semakin banyak putaran listrik yang diperlukan untuk memutar poros motor satu putaran. Misalnya, kami memiliki 42 magnet pada rotor. Untuk memutar rotor satu putaran, diperlukan 42/2 = 21 putaran listrik. Properti ini dapat digunakan sebagai semacam peredam. Dengan memilih jumlah kutub yang dibutuhkan, Anda bisa mendapatkan motor dengan karakteristik kecepatan yang diinginkan. Selain itu, pemahaman tentang proses ini akan diperlukan bagi kami di masa mendatang, saat memilih parameter pengontrol.

Sensor posisi

Desain mesin tanpa sensor berbeda dari mesin dengan sensor hanya jika yang terakhir tidak ada. Lainnya perbedaan mendasar TIDAK. Sensor posisi paling umum berdasarkan efek Hall. Sensor merespons medan magnet, biasanya terletak di stator sedemikian rupa sehingga dipengaruhi oleh magnet rotor. Sudut antara sensor harus 120 derajat.

Berarti derajat "listrik". Itu. untuk motor multi-kutub, susunan fisik sensor dapat berupa:

Terkadang sensor terletak di luar mesin. Berikut adalah salah satu contoh lokasi sensor. Padahal, itu adalah mesin tanpa sensor. Jadi dengan cara sederhana itu dilengkapi dengan sensor hall.

Pada beberapa mesin, sensor dipasang pada perangkat khusus yang memungkinkan Anda memindahkan sensor dalam batas tertentu. Dengan bantuan perangkat semacam itu, waktunya diatur. Namun, jika motor perlu dibalik, set sensor kedua yang diatur untuk mundur akan diperlukan. Karena pengaturan waktu tidak kritis saat start dan putaran rendah, Anda dapat menyetel sensor ke titik nol, dan menyesuaikan sudut depan secara terprogram saat mesin mulai berputar.

Karakteristik utama mesin

Setiap mesin dihitung untuk persyaratan tertentu dan memiliki karakteristik utama sebagai berikut:

• Modus kerja untuk mana mesin dirancang: jangka panjang atau jangka pendek. Panjang mode operasi menyiratkan bahwa mesin dapat bekerja selama berjam-jam. Mesin semacam itu dihitung sedemikian rupa sehingga perpindahan panas ke lingkungan lebih tinggi daripada pelepasan panas dari mesin itu sendiri. Dalam hal ini, itu tidak akan memanas. Contoh: ventilasi, eskalator atau penggerak konveyor. Jangka pendek - berarti bahwa mesin akan dihidupkan untuk waktu yang singkat, di mana tidak akan ada waktu untuk melakukan pemanasan hingga suhu maksimum, diikuti dengan waktu yang lama, di mana mesin memiliki waktu untuk mendingin. Contoh: penggerak lift, alat cukur listrik, pengering rambut.
• Resistansi belitan motor. Hambatan belitan motor mempengaruhi Efisiensi mesin. Semakin rendah resistansi, semakin tinggi efisiensinya. Dengan mengukur resistansi, Anda dapat mengetahui keberadaan rangkaian interturn pada belitan. Hambatan belitan motor adalah seperseribu ohm. Untuk mengukurnya, Anda perlu perangkat khusus atau teknik pengukuran khusus.
• Tegangan operasi maksimum. Tegangan maksimum yang dapat ditahan belitan stator. Tegangan maksimum terkait dengan parameter berikut.
• RPM Maks. Terkadang mereka tidak menunjukkan kecepatan maksimum, tapi kv- jumlah putaran motor per volt tanpa beban pada poros. Mengalikan angka ini dengan tegangan maksimum, kami mendapatkan kecepatan engine maksimum tanpa beban pada poros.
• Arus maksimum. Arus belitan maksimum yang diijinkan. Sebagai aturan, waktu motor dapat menahan arus yang ditentukan juga ditunjukkan. Batasan arus maksimum dikaitkan dengan kemungkinan belitan yang terlalu panas. Oleh karena itu, kapan suhu rendah lingkungan, waktu pengoperasian nyata dengan arus maksimum akan lebih lama, dan pada panasnya motor akan terbakar lebih awal.
• Tenaga mesin maksimal. Terkait langsung dengan parameter sebelumnya. Ini adalah tenaga puncak yang dapat dikembangkan mesin untuk waktu yang singkat, biasanya beberapa detik. Dengan pengoperasian yang lama pada daya maksimum, mesin terlalu panas dan kegagalannya tidak dapat dihindari.
• Nilai daya. Tenaga yang dapat dikembangkan mesin selama seluruh waktu penyalaan.
• Sudut fase maju (waktu). Belitan stator memiliki beberapa induktansi, yang memperlambat pertumbuhan arus dalam belitan. Arus akan mencapai maksimum setelah beberapa saat. Untuk mengkompensasi keterlambatan ini, peralihan fase dilakukan dengan beberapa kemajuan. Mirip dengan penyalaan mesin pembakaran dalam, di mana sudut gerak maju pengapian diatur, dengan mempertimbangkan waktu pengapian bahan bakar.

Anda juga harus memperhatikan fakta bahwa pada beban pengenal Anda tidak akan mendapatkan kecepatan maksimum pada poros motor. kv diindikasikan untuk mesin tanpa beban. Saat menyalakan mesin dari baterai, seseorang harus memperhitungkan "tenggelamnya" tegangan suplai di bawah beban, yang pada gilirannya juga akan mengurangi kecepatan maksimum mesin.

Fitur khas:

• Informasi umum tentang BKEP
• Menggunakan pengontrol panggung daya
• Contoh kode program

Perkenalan

Catatan aplikasi ini menjelaskan cara mengimplementasikan brushless DC motor control (BCEM) menggunakan encoder berbasis mikrokontroler AVR AT90PWM3.

Inti AVR mikrokontroler berperforma tinggi, yang berisi pengontrol tahap daya, memungkinkan Anda mengimplementasikan perangkat kontrol motor DC brushless berkecepatan tinggi.

Dokumen ini memberikan gambaran singkat tentang prinsip pengoperasian motor DC tanpa sikat, dan membahas secara rinci kontrol BECPT dalam mode sentuh, dan juga memberikan gambaran diagram sirkuit pengembangan referensi ATAVRMC100 yang menjadi dasar catatan aplikasi ini.

Implementasi perangkat lunak dengan loop kontrol yang diimplementasikan perangkat lunak berdasarkan pengontrol PID juga dibahas. Untuk mengontrol proses peralihan, tersirat hanya menggunakan sensor posisi berdasarkan efek Hall.

Prinsip operasi

Bidang penerapan BKEP terus meningkat, karena sejumlah keunggulannya:

1. Tidak adanya perakitan manifold, yang menyederhanakan atau bahkan menghilangkan pemeliharaan.
2. Generasi berakhir level rendah kebisingan akustik dan listrik dibandingkan dengan motor komutator DC universal.
3. Kemampuan untuk bekerja di lingkungan berbahaya (dengan produk yang mudah terbakar).
4. Keseimbangan yang baik antara berat dan kekuatan...

Motor jenis ini dicirikan oleh inersia kecil dari rotor, tk. belitan terletak pada stator. Peralihan dikontrol secara elektronik. Momen peralihan ditentukan baik oleh informasi dari sensor posisi, atau dengan mengukur ggl balik yang dihasilkan oleh belitan.

Saat dikontrol menggunakan sensor, BKePT biasanya terdiri dari tiga bagian utama: stator, rotor, dan sensor Hall.

Stator BKEPT tiga fase klasik berisi tiga belitan. Di banyak motor, belitan dibagi menjadi beberapa bagian untuk mengurangi riak torsi.

Gambar 1 menunjukkan diagram sirkuit penggantian stator. Ini terdiri dari tiga belitan, yang masing-masing berisi tiga elemen yang dihubungkan secara seri: induktansi, resistansi, dan ggl balik.

Gambar 1. Rangkaian ekivalen stator listrik (tiga fasa, tiga belitan)

Rotor BKEPT terdiri dari magnet permanen dalam jumlah genap. Jumlah kutub magnet di rotor juga berpengaruh pada ukuran nada dan riak torsi. Semakin besar jumlah kutub, semakin kecil ukuran langkah rotasi dan semakin sedikit riak torsi. Magnet permanen dengan 1,5 pasang kutub dapat digunakan. Dalam beberapa kasus, jumlah pasangan tiang bertambah menjadi 8 (Gambar 2).

Gambar 2. Stator dan rotor dari BKEPT tiga fase, tiga belitan

Belitan dipasang secara permanen, dan magnet berputar. Rotor BKEPT dicirikan oleh bobot yang lebih ringan dibandingkan dengan rotor konvensional. bermotor universal arus searah, di mana belitan terletak di rotor.

Sensor Hall

Untuk menilai posisi rotor, tiga sensor Hall dipasang di rumah motor. Sensor dipasang pada sudut 120° satu sama lain. Dengan bantuan sensor ini, dimungkinkan untuk melakukan 6 peralihan berbeda.

Pergantian fase bergantung pada status sensor Hall.

Tegangan suplai ke belitan berubah setelah mengubah status keluaran sensor Hall. Ketika peralihan tersinkronisasi dilakukan dengan benar, torsi tetap kira-kira konstan dan tinggi.

Gambar 3. Sinyal sensor hall selama rotasi

Pergantian fase

Untuk tujuan deskripsi yang disederhanakan dari pengoperasian BKEPT tiga fase, kami hanya akan mempertimbangkan versinya dengan tiga belitan. Seperti yang ditunjukkan sebelumnya, peralihan fase bergantung pada nilai keluaran sensor Hall. Dengan tegangan yang benar diterapkan pada belitan motor, medan magnet dibuat dan rotasi dimulai. Metode kontrol switching yang paling umum dan sederhana yang digunakan untuk mengontrol BKePT adalah rangkaian on-off, ketika belitan menghantarkan arus atau tidak. Pada satu waktu, hanya dua belitan yang dapat diberi daya, dan yang ketiga tetap mati. Menghubungkan belitan ke rel daya menyebabkan aliran arus listrik. Metode ini disebut keystone switching atau block switching.

Untuk mengendalikan BKePT digunakan power stage yang terdiri dari 3 buah half bridge. Diagram power stage ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Tingkat kekuatan

Menurut nilai baca sensor Hall, ditentukan kunci mana yang harus ditutup.

Tabel 1. Mengalihkan tombol searah jarum jam

Untuk motor multi medan, putaran listrik tidak sesuai dengan putaran mekanik. Misalnya, BKEPT empat kutub empat siklus putaran listrik sesuai dengan satu putaran mekanis.

Tenaga dan kecepatan mesin bergantung pada kekuatan medan magnet. Kecepatan dan torsi motor dapat dikontrol dengan mengubah arus melalui belitan. Cara paling umum untuk mengontrol arus melalui belitan adalah dengan mengontrol arus rata-rata. Untuk ini, modulasi lebar-pulsa (PWM) digunakan, siklus kerja yang menentukan nilai rata-rata tegangan melintasi belitan, dan akibatnya, nilai arus rata-rata dan, sebagai hasilnya, kecepatan rotasi. Kecepatan dapat disesuaikan pada frekuensi dari 20 hingga 60 kHz.

Bidang putar dari BKEPT tiga fase, tiga belitan ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Pergantian langkah dan bidang putar

Proses switching menciptakan bidang berputar. Pada tahap 1, fase A dihubungkan ke rel daya positif dengan sakelar SW1, fase B dihubungkan ke umum dengan sakelar SW4, dan fase C tetap tidak terhubung. Fase A dan B membuat dua vektor fluks magnet (masing-masing ditunjukkan oleh panah merah dan biru), dan jumlah dari dua vektor ini menghasilkan vektor fluks stator (panah hijau). Setelah itu, rotor mencoba mengikuti fluks magnet. Segera setelah rotor mencapai posisi tertentu, di mana keadaan sensor Hall berubah dari nilai "010" menjadi "011", belitan motor dialihkan sesuai: fase B tetap tidak berdaya, dan fase C terhubung ke umum. Ini mengarah pada pembangkitan vektor fluks magnet stator baru (tahap 2).

Jika kita mengikuti skema pensaklaran yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan Tabel 1, kita akan mendapatkan enam vektor fluks magnet yang berbeda sesuai dengan enam tahap pensakelaran. Enam langkah sesuai dengan satu putaran rotor.

Starterkit ATAVRMC100

Diagram sirkuit ditunjukkan pada gambar 21, 22, 23 dan 24 di akhir dokumen.

Program ini berisi loop kontrol kecepatan menggunakan pengontrol PID. Regulator semacam itu terdiri dari tiga tautan, yang masing-masing dicirikan oleh koefisien transmisinya sendiri: Kp, Ki dan Kd.

Kp adalah koefisien transfer dari link proporsional, Ki adalah koefisien transfer dari link mengintegrasikan dan Kd adalah koefisien transfer dari link diferensial. Penyimpangan kecepatan yang diberikan dari yang sebenarnya (pada Gambar 6 disebut "sinyal ketidakcocokan") diproses oleh masing-masing tautan. Hasil operasi ini dijumlahkan dan diumpankan ke mesin untuk mendapatkan kecepatan yang dibutuhkan (lihat gambar 6).

Gambar 6. Diagram struktur kontroler PID

Koefisien Kp memengaruhi durasi proses sementara, koefisien Ki memungkinkan Anda menekan kesalahan statis, dan Kd digunakan, khususnya, untuk menstabilkan posisi (lihat deskripsi loop kontrol di arsip dengan perangkat lunak untuk mengubah koefisien).

Deskripsi Perangkat Keras

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, mikrokontroler berisi 3 Power Stage Controller (PSC). Setiap PSC dapat dianggap sebagai modulator lebar-pulsa (PWM) dengan dua sinyal keluaran. PSC mendukung kemampuan untuk mengontrol penundaan sakelar daya yang tidak tumpang tindih (lihat dokumentasi AT90PWM3 untuk penjelasan lebih rinci tentang pengoperasian PSC, serta Gambar 9) untuk menghindari terjadinya arus tembus.

Input alarm (Arus_Lebih, arus berlebih) dikaitkan dengan PSCIN. Input alarm memungkinkan mikrokontroler mematikan semua output PSC.

Gambar 7. Implementasi perangkat keras

Untuk mengukur arus, dua saluran diferensial dengan tahap penguatan yang dapat diprogram (Ku=5, 10, 20 atau 40) dapat digunakan. Setelah memilih penguatan, perlu untuk memilih nilai resistor shunt untuk cakupan konversi yang paling lengkap.

Sinyal Over_Current dihasilkan oleh pembanding eksternal. Tegangan ambang komparator dapat disesuaikan menggunakan DAC internal.

Pergantian fase harus dilakukan sesuai dengan nilai pada keluaran sensor Hall. DC_A, DC_B dan DC_C terhubung ke input sumber interupsi eksternal atau ke tiga pembanding internal. Komparator menghasilkan jenis interupsi yang sama dengan interupsi eksternal. Gambar 8 menunjukkan bagaimana port I/O digunakan dalam starter kit.

Gambar 8. Menggunakan port I/O mikrokontroler (paket SO32)

VMOT (Vmot) dan VMOT_Half (1/2 Vmot) diimplementasikan tetapi tidak digunakan. Mereka dapat digunakan untuk mendapatkan informasi tentang tegangan suplai motor.

Output H_x dan L_x digunakan untuk mengontrol power bridge. Seperti disebutkan di atas, mereka bergantung pada power stage controller (PSC) yang menghasilkan sinyal PWM. Dalam aplikasi seperti itu, direkomendasikan untuk menggunakan mode rata tengah (lihat Gambar 9) di mana register OCR0RA digunakan untuk menghitung waktu dimulainya konversi ADC untuk pengukuran arus.

Gambar 9. Osilogram sinyal PSCn0 dan PSCn1 dalam mode rata tengah

• Tepat waktu 0 = 2 * OCRnSA * 1/Fclkpsc
• Tepat waktu 1 = 2* (OCRnRB - OCRnSB + 1) * 1/Fclkpsc
• Periode PSC = 2 * (OCRnRB + 1) * 1/Fclkpsc

Jeda non-tumpang tindih antara PSCn0 dan PSCn1:

• |OCRnSB - OCRnSA| *1/Fclkpsc

Blok PSC di-clock oleh sinyal CLKPSC.

Salah satu dari dua metode dapat digunakan untuk memasok sinyal PWM ke panggung daya. Yang pertama adalah menerapkan sinyal PWM ke bagian atas dan bawah dari tahap daya, dan yang kedua adalah menerapkan sinyal PWM hanya ke bagian atas.

Deskripsi perangkat lunak

Atmel telah mengembangkan perpustakaan untuk mengelola CKET. Langkah pertama dalam menggunakannya adalah mengkonfigurasi dan menginisialisasi mikrokontroler.

Konfigurasi dan inisialisasi mikrokontroler

Untuk melakukannya, gunakan fungsi mc_init_motor(). Ini memanggil fungsi inisialisasi perangkat keras dan perangkat lunak dan juga menginisialisasi semua parameter motor (arah putaran, kecepatan, dan penghentian motor).

Struktur implementasi perangkat lunak

Setelah konfigurasi dan inisialisasi mikrokontroler, mesin dapat dihidupkan. Hanya beberapa fungsi yang diperlukan untuk mengendalikan motor. Semua fungsi didefinisikan dalam mc_lib.h:

Void mc_motor_run(void) - Digunakan untuk menghidupkan mesin. Fungsi loop stabilisasi dipanggil untuk mengatur siklus kerja PWM. Setelah itu, fase switching pertama dilakukan. Bool mc_motor_is_running(void) - Tentukan status mesin. Jika "1", maka mesin hidup, jika "0", maka mesin mati. void mc_motor_stop(void) - Digunakan untuk menghentikan motor. void mc_set_motor_speed(U8 speed) - Atur kecepatan yang ditentukan pengguna. U8 mc_get_motor_speed(void) - Mengembalikan kecepatan yang ditentukan pengguna. void mc_set_motor_direction(U8 direction) - Mengatur arah rotasi ke "CW" (searah jarum jam) atau "CCW" (berlawanan arah jarum jam). U8 mc_get_motor_direction(void) - Mengembalikan arah putaran motor saat ini. U8 mc_set_motor_measured_speed(U8 terukur_kecepatan) - Menyimpan kecepatan terukur dalam variabel terukur_kecepatan. U8 mc_get_motor_measured_speed(void) - Mengembalikan kecepatan terukur. void mc_set_Close_Loop(void) void mc_set_Open_Loop(void) - Konfigurasi loop stabilisasi: loop tertutup atau loop terbuka (lihat Gambar 13).

Gambar 10. Konfigurasi AT90PWM3

Gambar 11. Struktur perangkat lunak

Gambar 11 menunjukkan empat variabel mc_run_stop (start/stop), mc_direction (arah), mc_cmd_speed (atur kecepatan), dan mc_measured_speed (kecepatan terukur). Mereka adalah variabel program dasar yang dapat diakses melalui fungsi yang ditentukan pengguna yang dijelaskan sebelumnya.

Implementasi perangkat lunak dapat dilihat sebagai kotak hitam dengan nama "Kontrol motor" (Gambar 12) dan beberapa input (mc_run_stop, mc_direction, mc_cmd_speed, mc_measured_speed) dan output (semua sinyal kontrol power bridge).

Gambar 12. Variabel program utama

Sebagian besar fungsi tersedia di mc_drv.h. Hanya sebagian saja yang bergantung pada jenis mesinnya. Fungsi dapat dibagi menjadi empat kelas utama:

• Inisialisasi perangkat keras
batal mc_init_HW(batal); Inisialisasi perangkat keras sepenuhnya dilakukan dalam fungsi ini. Di sinilah port, interupsi, pengatur waktu, dan pengontrol tahap daya diinisialisasi.

batal mc_init_SW(batal); Digunakan untuk menginisialisasi perangkat lunak. Mengaktifkan semua interupsi.

batal mc_init_port(batal); Inisialisasi port I/O dengan menentukan melalui register DDRx pin mana yang berfungsi sebagai input dan output, serta menentukan input mana yang mengaktifkan resistor pull-up (melalui register PORTx).

batal mc_init_pwm(batal); Fungsi ini memulai PLL dan me-reset semua register PSC.

batal mc_init_IT(batal); Ubah fungsi ini untuk mengaktifkan atau menonaktifkan jenis interupsi.

Void PSC0_Init (tidak bertanda tangan int dt0, tidak bertanda tangan int ot0, tidak bertanda tangan int dt1, tidak bertanda tangan int ot1); batal PSC1_Init(tidak ditandatangani int dt0, tidak ditandatangani int ot0, tidak ditandatangani int dt1, tidak ditandatangani int ot1); batal PSC2_Init(tidak ditandatangani int dt0, tidak ditandatangani int ot0, tidak ditandatangani int dt1, tidak ditandatangani int ot1); PSCx_Init memungkinkan pengguna untuk memilih konfigurasi power stage controller (PSC) dari mikrokontroler.

• Fungsi peralihan fase U8 mc_get_hall(void); Membaca status sensor Hall yang sesuai dengan enam tingkat peralihan (HS_001, HS_010, HS_011, HS_100, HS_101, HS_110).

  Interupsi batal mc_hall_a(batal); _interrupt batal mc_hall_b(batal); _interrupt void mc_hall_c(void); Fungsi-fungsi ini dijalankan jika interupsi eksternal terdeteksi (perubahan output sensor Hall). Mereka memungkinkan Anda untuk melakukan peralihan fase dan menghitung kecepatan.

  Membatalkan mc_duty_cycle(tingkat U8); Fungsi ini mengatur siklus tugas PWM sesuai dengan konfigurasi PSC.

  Membatalkan mc_switch_commutation(U8 posisi); Pergantian fase dilakukan sesuai dengan nilai pada keluaran sensor Hall dan hanya jika pengguna menyalakan mesin.

• Konfigurasi waktu konversi batal mc_config_sampling_period(void); Inisialisasi timer 1 untuk menghasilkan interupsi setiap 250 µs. _interrupt void launch_sampling_period(void); Setelah interupsi 250 µs diaktifkan, flag ditetapkan. Ini dapat digunakan untuk mengontrol waktu konversi.
• Estimasi kecepatan batal mc_config_time_estimation_speed(void); Konfigurasi Timer 0 untuk melakukan fungsi penghitungan kecepatan.

  batal mc_estimasi_kecepatan(batal); Fungsi ini menghitung kecepatan mesin berdasarkan prinsip pengukuran periode pulsa dari sensor efek Hall.

  Interupsi void ovfl_timer(void); Saat interupsi terjadi, variabel 8-bit ditambahkan untuk mengimplementasikan timer 16-bit menggunakan timer 8-bit.

• Pengukuran arus _interrupt void ADC_EOC(void); Fungsi ADC_EOC dijalankan segera setelah konversi amplifier selesai untuk menetapkan bendera yang dapat digunakan oleh pengguna.

  batal mc_init_current_measure(batal); Fungsi ini menginisialisasi amplifier 1 untuk pengukuran arus.

  U8 mc_get_current(batal); Membaca nilai saat ini jika konversi selesai.

  bool mc_conversion_is_finished(batal); Menunjukkan penyelesaian konversi.

  batal mc_ack_EOC(batal); Setel ulang bendera penyelesaian konversi.

• Deteksi beban berlebih saat ini batal mc_set_Over_Current(U8 Level); Menetapkan ambang batas untuk mendeteksi arus berlebih. Ambang batas adalah output DAC yang terhubung ke pembanding eksternal.

Putaran stabilisasi dipilih menggunakan dua fungsi: buka (mc_set_Open_Loop()) atau putaran tertutup (mc_set_Close_Loop()). Gambar 13 menunjukkan loop stabilisasi yang diimplementasikan perangkat lunak.

Gambar 13. Lingkaran stabilisasi

Loop tertutup adalah loop stabilisasi kecepatan berdasarkan pengontrol PID.

Seperti yang ditunjukkan sebelumnya, faktor Kp digunakan untuk menstabilkan waktu respon motor. Atur terlebih dahulu Ki dan Kd sama dengan 0. Untuk mendapatkan waktu respon motor yang dibutuhkan, maka perlu dipilih nilai Kp.

• Jika waktu respon terlalu singkat, maka tingkatkan Kp.
• Jika waktu respon cepat, tetapi tidak stabil, maka kurangi Kp.

Gambar 14. Setting Kp

Parameter Ki digunakan untuk menekan kesalahan statis. Biarkan koefisien Kp tidak berubah dan atur parameter Ki.

• Jika kesalahannya berbeda dari nol, maka tambah Ki.
• Jika penekanan kesalahan didahului oleh proses osilasi, maka kurangi Ki.

Gambar 15. Setting Ki

Gambar 14 dan 15 menunjukkan contoh pemilihan parameter pengontrol yang benar Kp = 1, Ki = 0,5 dan Kd = 0.

Mengatur parameter Kd:

• Jika kinerjanya rendah, tambah cd.
• Dengan ketidakstabilan, Kd harus dikurangi.

Parameter penting lainnya adalah waktu konversi. Itu harus dipilih dalam kaitannya dengan waktu respons sistem. Waktu konversi harus setidaknya setengah dari waktu respons sistem (menurut aturan Kotelnikov).

Dua fungsi disediakan untuk mengonfigurasi waktu konversi (dibahas di atas).

Hasilnya ditampilkan dalam variabel global g_tick, yang diatur setiap 250 µs. Dengan variabel ini dimungkinkan untuk menyesuaikan waktu konversi.

penggunaan CPU dan memori

Semua pengukuran dilakukan pada frekuensi osilator 8 MHz. Mereka juga tergantung pada jenis motor (jumlah pasangan tiang). Saat menggunakan motor dengan 5 pasang kutub, frekuensi sinyal pada keluaran sensor Hall 5 kali lebih rendah dari kecepatan motor.

Semua hasil yang ditunjukkan pada Gambar 16 diperoleh dengan menggunakan UCFC 5-pasangan tiga fasa dengan kecepatan maksimum 14.000 rpm.

Gambar 16. Menggunakan kecepatan mikrokontroler

Dalam kasus terburuk, tingkat beban mikrokontroler sekitar 18% dengan waktu konversi 80 ms dan kecepatan putaran 14000 rpm.

Estimasi pertama dapat dilakukan dengan motor yang lebih cepat dan dengan penambahan fungsi stabilisasi arus. Waktu eksekusi fungsi mc_regulation_loop() adalah antara 45 dan 55 µs (Anda harus memperhitungkan waktu konversi ADC sekitar 7 µs). Sebuah BKePT dengan waktu respon saat ini sekitar 2-3 ms, lima pasang tiang dan kecepatan rotasi maksimum sekitar 2-3 ms dipilih untuk evaluasi.

Kecepatan mesin maksimum sekitar 50.000 rpm. Jika rotor menggunakan 5 pasang kutub, frekuensi output yang dihasilkan dari sensor Hall akan menjadi (50000 rpm/60)*5 = 4167 Hz. Fungsi mc_estimation_speed() dijalankan di setiap tepi naik sensor Hall A, mis. setiap 240 µs untuk run time 31 µs.

Fungsi mc_switch_commutation() bergantung pada pengoperasian sensor Hall. Itu dijalankan ketika tepi terjadi pada output dari salah satu dari tiga sensor Hall (tepi naik atau turun), sehingga enam interupsi dihasilkan pada output sensor Hall dalam satu periode pulsa, dan frekuensi panggilan fungsi yang dihasilkan adalah 240/6 µs = 40 µs.

Terakhir, waktu konversi loop stabilisasi harus setidaknya setengah dari waktu respons mesin (sekitar 1 ms).

Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 17.

Gambar 17. Evaluasi beban mikrokontroler

Dalam hal ini, tingkat beban mikrokontroler sekitar 61%.

Semua pengukuran dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak yang sama. Sumber daya komunikasi tidak digunakan (UART, LIN...).

Dalam kondisi ini, jumlah memori berikut digunakan:

• 3175 byte memori program (38,7% dari total memori flash).
• 285 byte memori data (55,7% dari total RAM statis).

Konfigurasi dan Penggunaan ATAVRMC100

Gambar 18 menunjukkan diagram lengkap berbagai mode pengoperasian starter kit ATAVRMC100.

Gambar 18. Tujuan port I/O mikrokontroler dan mode komunikasi

Modus kerja

Dua mode operasi yang berbeda didukung. Atur jumper JP1, JP2 dan JP3 sesuai Gambar 19 untuk memilih salah satu mode ini. Catatan aplikasi ini hanya menggunakan mode sensor. Deskripsi lengkap bagian perangkat keras diberikan dalam manual pengguna ATAVRMC100.

Gambar 19. Pemilihan mode kontrol menggunakan sensor

Gambar 19 menunjukkan pengaturan jumper default yang sesuai dengan penggunaan perangkat lunak yang terkait dengan catatan aplikasi ini.

Program yang disertakan dengan papan ATAVRMC100 mendukung dua mode operasi:

• mesin dihidupkan kecepatan tertinggi tanpa komponen eksternal.
• kontrol kecepatan motor dengan satu potensiometer eksternal.

Gambar 20 Sambungan potensiometer

Kesimpulan

Catatan aplikasi ini menyediakan solusi perangkat keras dan perangkat lunak untuk pengontrol motor DC tanpa sikat berbasis sensor. Selain dokumen ini, kode sumber lengkap tersedia untuk diunduh.

Pustaka perangkat lunak mencakup fungsi memulai dan mengontrol kecepatan BKEPT apa pun dengan sensor bawaan.

Diagram sirkuit berisi komponen eksternal minimum yang diperlukan untuk mengontrol BKEP dengan sensor bawaan.

Kemampuan CPU dan memori mikrokontroler AT90PWM3 akan memungkinkan pengembang memperluas fungsionalitas solusi ini.

Gambar 21. Diagram skematis (bagian 1)

Gambar 22. Diagram skematis (bagian 2)

Gambar 23. Diagram skematis (bagian 3)

Gambar 24. Diagram skematis (bagian 4)

Dokumentasi:

Renovasi apartemen yang fantastis dan renovasi cottage untuk banyak uang.

Sedikit sejarah:

Masalah utama dari semua mesin adalah kepanasan. Rotor berputar di dalam semacam stator, dan oleh karena itu panas dari panas berlebih tidak kemana-mana. Orang-orang datang dengan ide cemerlang: untuk memutar bukan rotor, tetapi stator, yang akan didinginkan oleh udara selama rotasi. Ketika mesin seperti itu dibuat, mesin ini banyak digunakan dalam penerbangan dan pembuatan kapal, dan oleh karena itu dijuluki Motor Tanpa Sikat.

Segera analog listrik dari motor tanpa sikat dibuat. Disebut motor brushless karena tidak memiliki kolektor (sikat).

Motor listrik tanpa sikat (Bahasa Inggris tanpa sikat) datang kepada kami relatif baru, baru-baru ini 10-15 tahun. Tidak seperti motor pengumpul, mereka ditenagai oleh arus bolak-balik tiga fase. Motor tanpa sikat beroperasi secara efisien pada rentang RPM yang lebih luas dan memiliki lebih banyak efisiensi tinggi. Pada saat yang sama, desain mesinnya relatif sederhana, tidak memiliki rakitan sikat yang terus bergesekan dengan rotor dan menimbulkan percikan api. Bisa dibilang motor brushless praktis tidak aus. Biaya motor brushless sedikit lebih tinggi daripada motor brushed. Ini karena semua motor tanpa sikat memiliki bantalan dan umumnya berkualitas lebih tinggi.

Tes telah menunjukkan:
Batang dengan sekrup 8x6 = 754 gram,
RPM = 11550 rpm,
Konsumsi daya = 9 watt(tanpa sekrup) , 101 watt(dengan sekrup),

Daya dan efisiensi

Daya dapat dihitung seperti ini:
1) Daya dalam mekanika dihitung dengan rumus berikut: N=F*v, di mana F adalah gaya dan v adalah kecepatan. Tetapi karena sekrup dalam keadaan statis, tidak ada gerakan, kecuali rotasi. Jika motor ini dipasang pada model pesawat, maka dimungkinkan untuk mengukur kecepatan (sama dengan 12 m / s) dan menghitung daya yang berguna:
N berguna \u003d 7,54 * 12 \u003d 90,48 watt
2) efisiensi motor listrik ditemukan dengan rumus berikut: Efisiensi = N berguna / N dihabiskan * 100%, Di mana Biaya N = 101 watt
Efisiensi= 90,48/101 *100%= 90%
Rata-rata, efisiensi motor tanpa sikat adalah nyata dan berfluktuasi sekitar 90% (efisiensi tertinggi yang dicapai oleh motor jenis ini adalah 99.68% )

Spesifikasi Mesin:

tegangan: 11,1 volt
Perputaran: 11550 rpm
Arus maksimum: 15A
Kekuatan: 200 watt
Dorongan: 754 gram (sekrup 8x6)

Kesimpulan:

Harga suatu barang tergantung pada skala produksinya. Produsen motor brushless berkembang biak seperti jamur setelah hujan. Oleh karena itu, saya ingin percaya bahwa dalam waktu dekat harga pengontrol dan motor tanpa sikat akan turun, karena jatuh pada peralatan kontrol radio ... Kemungkinan mikroelektronika berkembang setiap hari, ukuran dan berat pengontrol secara bertahap berkurang . Dapat diasumsikan bahwa dalam waktu dekat pengontrol akan dibangun langsung ke mesin! Mungkin kita akan hidup untuk melihat hari ini...

Motor DC tanpa sikat memiliki belitan tiga fase pada stator dan magnet permanen pada rotor. Medan magnet berputar dibuat oleh belitan stator, setelah interaksi dengan rotor magnet mulai bergerak. Untuk membuat medan magnet berputar, sistem tegangan tiga fase diterapkan pada belitan stator, yang dapat memiliki bentuk dan bentuk yang berbeda. cara yang berbeda. Pembentukan tegangan suplai (pengalihan belitan) untuk motor DC tanpa sikat dilakukan oleh unit elektronik khusus - pengontrol motor.

Pesan motor tanpa sikatdi katalog kami

Dalam kasus paling sederhana, belitan dihubungkan berpasangan ke sumbernya tegangan konstan dan ketika rotor berputar ke arah vektor medan magnet belitan stator, tegangan diterapkan ke pasangan belitan lainnya. Dalam hal ini, vektor medan magnet stator menempati posisi yang berbeda dan rotasi rotor berlanjut. Untuk menentukan momen koneksi belitan berikut yang diperlukan, sensor posisi rotor digunakan, sensor Hall paling sering digunakan.

Pilihan dan kasus khusus

Motor brushless yang diproduksi saat ini dapat memiliki desain yang sangat beragam.

Menurut desain belitan stator, motor dengan lilitan belitan klasik pada inti baja dan motor dengan belitan silinder berongga tanpa inti baja dapat dibedakan. Belitan klasik memiliki induktansi yang jauh lebih tinggi daripada belitan silinder berongga dan, karenanya, konstanta waktu yang lebih besar. Karena itu, di satu sisi, belitan silinder berongga memungkinkan perubahan arus yang lebih dinamis (dan, akibatnya, torsi), di sisi lain, saat beroperasi dari pengontrol motor yang menggunakan modulasi PWM frekuensi rendah untuk memuluskan arus. riak, filter choke dengan peringkat yang lebih besar diperlukan (dan karenanya lebih besar). Selain itu, belitan klasik, pada umumnya, memiliki momen fiksasi magnetik yang jauh lebih tinggi, serta efisiensi yang lebih rendah daripada belitan silinder berongga.

Perbedaan lain dimana model motor yang berbeda dipisahkan adalah susunan rotor dan stator yang saling menguntungkan - ada motor dengan rotor internal dan motor dengan rotor eksternal. Motor rotor internal cenderung memiliki kecepatan lebih tinggi dan momen inersia rotor lebih rendah daripada model rotor eksternal. Akibatnya, motor rotor internal memiliki dinamika yang lebih tinggi. Motor rotor eksternal seringkali memiliki torsi pengenal yang sedikit lebih tinggi untuk diameter luar motor yang sama.

Perbedaan dari jenis mesin lainnya

Perbedaan dari kolektor DPT. Penempatan belitan pada rotor memungkinkan untuk meninggalkan sikat dan kolektor dan dengan demikian menghilangkan kontak listrik yang dapat digerakkan, yang secara signifikan mengurangi keandalan motor DC dengan magnet permanen. Untuk alasan yang sama, motor tanpa sikat cenderung berjalan lebih cepat daripada motor DC magnet permanen. Di satu sisi, ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan daya spesifik motor tanpa sikat, di sisi lain, kecepatan setinggi itu tidak terlalu diperlukan untuk semua aplikasi.

Perbedaan dari motor sinkron magnet permanen. Motor sinkron dengan magnet permanen pada rotor sangat mirip dengan desain motor DC tanpa sikat, tetapi ada beberapa perbedaan. Pertama, istilah motor sinkron menggabungkan berbagai jenis motor, beberapa di antaranya dirancang untuk operasi langsung dari jaringan AC standar, yang lain (misalnya, motor servo sinkron) hanya dapat dioperasikan dari konverter frekuensi (pengontrol motor). Motor tanpa sikat, meskipun memiliki belitan tiga fase pada stator, tidak memungkinkan operasi langsung dari tegangan listrik, dan tentu memerlukan pengontrol yang sesuai. Di samping itu motor sinkron asumsikan pasokan tegangan sinusoidal, sementara motor tanpa sikat memungkinkan pasokan tegangan bolak-balik bertahap (pergantian blok) dan bahkan menganggap penggunaannya dalam mode operasi nominal.

Kapan Anda membutuhkan motor tanpa sikat?

Jawaban atas pertanyaan ini cukup sederhana - dalam kasus di mana ia memiliki keunggulan dibandingkan jenis mesin lainnya. Jadi, misalnya, praktis tidak mungkin dilakukan tanpa motor tanpa sikat dalam aplikasi yang memerlukan kecepatan tinggi: lebih dari 10.000 rpm. Penggunaan motor tanpa sikat juga dibenarkan jika diperlukan umur motor yang panjang. Dalam kasus di mana diperlukan untuk menggunakan rakitan dari motor dengan gearbox, penggunaan motor brushless kecepatan rendah (dengan sejumlah besar tiang) jelas dibenarkan. Motor brushless kecepatan tinggi dalam hal ini akan memiliki kecepatan lebih tinggi dari batas kecepatan gearbox, dan karena alasan ini tidak mungkin menggunakan tenaga penuhnya. Untuk aplikasi di mana kontrol motor paling sederhana diperlukan (tanpa menggunakan pengontrol motor), DCT kolektor adalah pilihan alami.

Di sisi lain, dalam kondisi suhu tinggi atau peningkatan radiasi, kelemahan motor tanpa sikat - sensor Hall. Model standar sensor Hall memiliki ketahanan radiasi dan kisaran suhu pengoperasian yang terbatas. Jika dalam aplikasi seperti itu masih ada kebutuhan untuk digunakan motor tanpa sikat, kemudian versi yang dibuat khusus dengan penggantian sensor Hall dengan yang lebih tahan terhadap faktor-faktor ini menjadi tak terelakkan, yang meningkatkan harga mesin dan waktu pengiriman.