Blind Mengemudi Motor DC Brushless BLDC

Saya sedang mencari cara membuat pengontrol BLDC dengan MCU, dan telah membaca panduan atmel AVR444 yang melangkah melalui desain dan perangkat lunak yang diperlukan untuk pengontrol timing-emf back-emf sensorless yang dikendalikan sensor.

Saya memperluas pemahaman saya tentang masalah ini. Aplikasi yang saya lihat adalah untuk quadcopter RC, sehingga tingkat presisi kecepatan tidak terlalu penting selama daya dorong keseluruhan dapat bervariasi dengan respons yang cukup cepat. Beban tidak akan terlalu bervariasi. Motor akan menjadi 3 fase (gulungan Y), sekitar 5-10V, <10A saya bayangkan.

Saya mengerti konsep back-emf di belitan mengambang untuk menyinkronkan memutar medan listrik. Namun, pemahaman saya juga bahwa torsi yang dialami pada rotor sebanding dengan perbedaan rotasi antara medan listrik dan medan rotor permanen. Jadi rotor biasanya sedikit tertinggal, menyebabkan torsi memaksanya untuk mencoba dan mengejar ketinggalan.

Catatan aplikasi AVR444 merancang perangkat lunak untuk menggerakkan motor blind (menggunakan timing yang tetap) untuk memulainya, dan mempercepatnya sampai pada suatu titik kemudian membiarkan perangkat lunak kontrol back-emf mengambil alih. Ini masuk akal bagi saya, tetapi yang membuat saya penasaran adalah apa batasan mengendarai motor buta?

Selama tidak ada perbedaan besar antara kecepatan rotasi rotor dan kecepatan rotasi medan listrik, torsi akan mempercepat rotor dan memaksanya agar sesuai dengan medan listrik. Karena medan listrik dikontrol oleh perangkat lunak, apa masalah dengan menggerakkan medan listrik secara membabi buta dan dengan asumsi rotor tetap menyala? Mungkin akan tergelincir rotasi setiap sekarang dan kemudian saya bayangkan, tetapi pada kecepatan yang cukup tinggi (1000 hingga 5000rpm) dan dengan beberapa tingkat kelembaman, tentu ini akan rata-rata keluar? Jika kecepatan bervariasi dengan mengatakan 100rpm maju mundur, saya tidak terlalu sibuk.

Menggunakan tegangan tetap untuk penggerak motor, dan frekuensi putaran tetap, saya berharap arus di belitan bervariasi dengan jumlah torsi yang diperlukan untuk rotor agar sesuai dengan rotasi listrik. Pembatas arus pada catu daya saat ini dapat menghentikan sesuatu yang terlalu gila.

Pikiran? Saya menyadari metode yang disukai adalah menggunakan back-emf dalam loop kontrol, tapi saya sedang mencari ide tentang batasan tidak menggunakan loop kontrol dan secara membabi buta mengendarai motor BLDC.

EDIT: Selain menjadi titik penelitian yang menarik, itu juga memiliki penggunaan praktis. Mengemudi motor BLDC secara buta adalah tugas yang cukup sepele, yang dapat dilakukan oleh MCU kontrol tunggal. Desain saat ini yang saya cari membutuhkan MCU kecil dan terpisah untuk menjalankan loop kontrol ketat per motor. Dalam desain dengan 4 motor (mungkin lebih), itu perbedaan antara 1 dan 5 MCU di papan tulis.

brushless-dc-motor

— Oliver
sumber

"Sekilas" Aku akan mengatakan kamu akan kehilangan kinerja yang parah atas kontrol yang tepat. Alasan untuk memulai loop terbuka adalah karena tidak ada umpan balik yang tersedia - tidak seperti sistem berbasis sensor di mana Anda telah menutup kontrol dari stasioner. Dengan umpan balik ggl loop tertutup Anda dapat menggerakkan motor untuk mendekati kinerja semaksimal mungkin dengan memungkinkan sudut antara bidang mengemudi dan didorong meningkat ke batas tertentu yang Anda putuskan tidak akan menyebabkan selip. tanpa umpan balik, Anda tidak tahu apa pun yang dilakukan rotor. ...

— Russell McMahon

... Komentar: Saya bermain dengan kontrol motor BLDC sekitar 2 tahun yang lalu dengan tidak banyak pengalaman sejak itu. Komentar saya didasarkan pada ingatan praktis tetapi waktu pudar | Menggali ke dalam memori masa lalu: Ini bukan hanya masalah "menyelipkan rotasi" yang menyiratkan drive yang sedang berlangsung ke arah yang diinginkan. Saat Anda tergelincir, arah drive akan mundur dan rotor mengalami gaya deselerasi. Saat bidang terus berputar relatif terhadap rotor, Anda akan memasuki wilayah penggerak maju dan kemudian jika masih tergelincir masuk ke penggerak balik dll. ...

— Russell McMahon

... Motor dapat menyelaraskan dengan baik dan cepat, tetapi mungkin tidak. Anda bertanggung jawab untuk mendapatkan semburan osilasi drive setiap kali Anda terpeleset. | Saya ragu bahwa itu benar-benar keputusan MCU 1 atau 5 - jika Anda menghargai memiliki satu MCU dengan motor jarak jauh itu harus bisa dilakukan. Tapi, biaya MCU sangat minim dibandingkan dengan semua biaya lain dan mereplikasi desain yang tepat beberapa kali hanya biaya perangkat keras murah.

— Russell McMahon

Aku mengerti maksudmu. Ketika tergelincir rotasi, itu tidak akan meluncur sampai yang berikutnya - itu akan mengalami torsi negatif yang menyebabkannya melambat, cenderung menyebabkan osilasi.

— Oliver

@Liver: Tidak cukup. Setelah tergelincir, torsi rata-rata Anda tiba-tiba menjadi nol, dan motor akan benar-benar berhenti. Anda pada dasarnya tidak dapat memulihkan tanpa umpan balik lainnya. Pikirkan apa itu slip. Anda mencoba mengendarai motor lebih cepat dari yang seharusnya. Dalam jangka yang sangat pendek itu akan melihat torsi negatif, sehingga semuanya menjadi lebih buruk. Tidak ada mekanisme untuk mempercepat motor agar sinkron lagi. Mengapa tidak menggunakan sensor Hall? Itu akan memungkinkan untuk drive yang efisien, yang penting ketika berjalan dari daya baterai.

— Olin Lathrop

Jawaban:

Mengemudi motor buta adalah ide yang buruk karena beberapa alasan:

Itu tidak efisien. Cara paling efisien untuk menjalankan motor adalah agar medan magentik 90 ° di depan rotor. Dengan kata lain, torsi pada rotor adalah produk silang medan magnet penggerak dan orientasi magnetik rotor.

Dengan umpan balik posisi, medan magnet dapat dijaga di dekat sudut optimal, yang berarti arus mengalir ke motor yang sebenarnya alih-alih menahannya di tempatnya. Dengan kata lain, amplitudo adalah apa yang diperlukan untuk menjaga motor berputar pada kecepatan yang diinginkan dalam konfigurasi torsi maksimum. Ketika Anda tidak tahu di mana rotor berada, Anda berakhir dengan mengemudi motor.

Cara lain untuk melihatnya adalah bidang penggerak memiliki komponen sinus dan kosinus. Katakanlah cosinus adalah bagian 90 ° di depan rotor dan bagian sinus adalah tempat rotor saat ini. Setiap sudut fase dapat dianggap hanya sebagai campuran yang berbeda dari komponen sinus dan kosinus. Namun, hanya komponen kosinus yang menggerakkan motor. Komponen sinus hanya menyebabkan pemanasan dan mewakili daya yang terbuang.
Setelah Anda kehilangan kunci, permainan berakhir. Dengan penggerak tetap, sudut penggerak hanya akan sedikit di depan rotor pada torsi rendah. Ketika kecepatan meningkat (dan tegangan drive efektif secara otomatis berkurang karena EMF kembali) atau beban meningkat, drive tetap akan naik hingga 90 ° di depan rotor.

Namun, pada titik ini tepat di tepi dan setiap perubahan akan menyebabkan lebih sedikit torsi. Jika beban pada motor meningkat, rotor akan mendapatkan lebih dari 90 ° di belakang, yang menyebabkan torsi lebih sedikit, yang menyebabkannya mendapatkan lebih banyak lagi di belakang. Selama 1/4 putaran slip berikutnya, torsi ke depan akan berkurang ke nol. Kemudian untuk 1/2 putaran berikutnya setelah itu, torsi penggerak benar-benar mendorong rotor mundur.

Pada titik ini Anda benar-benar kacau. Ingat Anda masuk ke dalam kesulitan ini di tempat pertama karena torsi mengemudi tidak bisa mengimbangi beban, dan Anda baru saja mengalami drive negatif bersih selama 3/4 putaran terakhir. Jika beban tiba-tiba dihapus dan jika Anda sangat beruntung, rotor mungkin dapat mempercepat untuk menyinkronkan dengan drive di siklus 1/4 berikutnya, tetapi tentu saja tidak jika kondisi apa pun yang menyebabkan masalah di tempat pertama adalah masih ada.

Setelah rotor keluar dari sinkronisasi, torsi bersih pada salah satu rotasi adalah 0. Produk dari dua gelombang sinus dari frekuensi yang berbeda selalu rata-rata ke 0 terlepas dari sudut fase di antara mereka.

— Olin Lathrop
sumber

Apakah perlu dicatat bahwa sementara motor stepper dan motor brushless secara konseptual sangat mirip, dan motor stepper umumnya dibangun sehingga mereka dapat dengan aman menghilangkan 100% daya operasi pengenal sebagai panas, sebagian besar motor brushless tidak dapat dengan aman diperlakukan dengan cara seperti itu?

— supercat

@ Olin setelah bertahun-tahun sensorless atau blind drive masih grossley inferior. Saya belum melakukan pekerjaan ini jadi saya pikir Anda sudah benar +1. Saya ingat ketika saya memiliki rambut dan tidak kelebihan berat badan seorang rekan kerja yang bekerja untuk ini tuannya. Ini adalah tahun 1986 ketika saya memiliki posting penelitian dan mengulangi kursus sistem kontrol. Saya menunjukkan kepadanya barang-barang saya dan dia menunjukkan kepada saya pengaturan motor BLDC. Saya tidak membantunya itu semua barang mikro. Apa yang dia lakukan cukup untuk mesin cuci. Itu tidak sempurna. Ini mengherankan saya bahwa setelah bertahun-tahun buta drive belum disempurnakan.

— Autistik

@Aut: Drive tanpa sensor dan buta sama sekali berbeda. Sensorless adalah cara berbeda untuk menyimpulkan posisi rotor, tetapi pada akhirnya masih menggunakan posisi yang diasumsikan untuk menggerakkan motor. Sensorless dapat bekerja dengan baik jika diimplementasikan dengan benar.

— Olin Lathrop

sehingga tingkat presisi kecepatan tidak kritis selama daya dorong keseluruhan dapat bervariasi dengan respons yang cukup cepat

tidak benar-benar cara kerjanya, hanya google bagaimana escs baru untuk quadcopters melampaui PWM servo standar untuk alasan kecepatan dan presisi.

Kedua, "blind start" hanya memiliki tujuan untuk membuat rotor bergerak, secara acak tetapi bergerak, sehingga posisi awalnya dapat ditentukan oleh ggl belakang yang diinduksi.

Perlu diingat juga bahwa BLDC adalah motor sinkron, "slip" tidak memiliki tempat yang besar di sini. Sumber daya hebat untuk mempelajari teori yang sangat "matematis" tetapi mendasar dalam cara "manusia" dapat ditemukan di forum "ruang tak berujung" :-)

— Caterpillaraoz
sumber