STM32 มอเตอร์ควบคุม SDK 6 ขั้นตอนเฟิร์มแวร์เซ็นเซอร์พารามิเตอร์น้อยลง
ข้อมูลจำเพาะ
- ชื่อสินค้า: SDK ควบคุมมอเตอร์ STM32 – การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์เฟิร์มแวร์ 6 ขั้นตอนโดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์
- หมายเลขรุ่น: UM3259
- การแก้ไข: ฉบับที่ 1 – พฤศจิกายน 2023
- ผู้ผลิต: STMicroelectronics
- Webเว็บไซต์: www.st.com
เกินview
ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อการใช้งานควบคุมมอเตอร์ซึ่งจำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งโรเตอร์โดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ เฟิร์มแวร์ปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมสำหรับการทำงานแบบไม่มีเซ็นเซอร์ ช่วยให้สามารถซิงโครไนซ์การเปลี่ยนขั้นกับตำแหน่งโรเตอร์ได้
การตรวจจับการข้ามศูนย์ของ BEMF:
รูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง (BEMF) จะเปลี่ยนไปตามตำแหน่งและความเร็วของโรเตอร์ มีสองกลยุทธ์สำหรับการตรวจจับแบบ Zero-Crossing:
การตรวจจับ EMF ด้านหลังระหว่างเวลาปิดของ PWM: รับเฟสลอยตัวปริมาตรtage โดย ADC เมื่อไม่มีกระแสไหล ระบุการข้ามศูนย์ตามเกณฑ์
การตรวจจับ EMF ด้านหลังระหว่างเวลาเปิดของ PWM: Center=tap voltage ถึงครึ่งหนึ่งของปริมาตรบัสtage การระบุการข้ามศูนย์ตามเกณฑ์ (VS / 2)
SDK ควบคุมมอเตอร์ STM32 – การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์เฟิร์มแวร์ 6 ขั้นตอนโดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์
การแนะนำ
เอกสารนี้อธิบายวิธีปรับพารามิเตอร์การกำหนดค่าให้เหมาะสมสำหรับอัลกอริทึม 6 ขั้นตอนที่ไม่มีเซ็นเซอร์ เป้าหมายคือการได้รับขั้นตอนการเริ่มต้นที่ราบรื่นและรวดเร็ว แต่ยังรวมถึงพฤติกรรมวงปิดที่เสถียรด้วย นอกจากนี้ เอกสารยังอธิบายวิธีการเข้าถึงสวิตช์ที่เหมาะสมระหว่างการตรวจจับการข้ามศูนย์ EMF ด้านหลังระหว่างเวลาปิด PWM และเวลาเปิดของ PWM เมื่อหมุนมอเตอร์ด้วยความเร็วสูงด้วยปริมาตรtage เทคนิคโหมดการขับขี่ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอัลกอริธึมเฟิร์มแวร์ 6 ขั้นตอนและเวอร์ชันtage/เทคนิคการขับขี่ในปัจจุบัน โปรดดูคู่มือผู้ใช้ที่เกี่ยวข้องซึ่งรวมอยู่ในชุดเอกสาร X-CUBE-MCSDK
ตัวย่อและตัวย่อ
คำย่อ |
คำอธิบาย |
เอ็มซีเอสดีเค |
ชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ควบคุมมอเตอร์ (X-CUBE-MCSDK) |
HW |
ฮาร์ดแวร์ |
ไอดีอี |
สภาพแวดล้อมการพัฒนาแบบบูรณาการ |
มหาเทพ |
หน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์ |
จีพีไอโอ |
อินพุต/เอาต์พุตเอนกประสงค์ |
เอดีซี |
ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล |
VM |
เล่มที่tagโหมดอี |
SL |
ไร้เซนเซอร์ |
บีเอ็มเอฟ |
แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ |
FW |
เฟิร์มแวร์ |
ZC |
การข้ามเป็นศูนย์ |
กุ้ยช่าย |
อินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก |
MC |
การควบคุมมอเตอร์ |
โอซีพี |
ระบบป้องกันกระแสไฟเกิน |
พีไอดี |
อนุพันธ์ปริพันธ์ตามสัดส่วน (ตัวควบคุม) |
ชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ |
ชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ |
UI |
อินเทอร์เฟซผู้ใช้ |
โต๊ะทำงาน MC |
เครื่องมือโต๊ะทำงานควบคุมมอเตอร์ ส่วนหนึ่งของ MCSDK |
นักบินมอเตอร์ |
เครื่องมือนำร่องมอเตอร์ ส่วนหนึ่งของ MCSDK |
เกินview
ในโหมดการขับขี่แบบไม่มีเซ็นเซอร์ 6 ขั้นตอน เฟิร์มแวร์จะใช้ประโยชน์จากแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง (BEMF) ที่ตรวจจับได้ในเฟสลอยตัว ตำแหน่งของโรเตอร์ได้มาจากการตรวจจับการข้ามศูนย์ของ BEMF โดยทั่วไปจะทำโดยใช้ ADC ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ตัดผ่านเฟส Z สูง ค่า BEMF vol ที่สอดคล้องกันtage เปลี่ยนเครื่องหมาย (การข้ามเป็นศูนย์) BEMF ฉบับที่tage สามารถปรับขนาดได้ที่อินพุต ADC เนื่องจากมีเครือข่ายตัวต้านทานที่แบ่งปริมาตรtage มาจากเฟสมอเตอร์
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสัญญาณ BEMF แปรผันตามความเร็ว จึงไม่สามารถระบุตำแหน่งของโรเตอร์ได้เมื่อสตาร์ทหรือที่ความเร็วต่ำมาก ดังนั้น จะต้องเร่งความเร็วมอเตอร์ในวงรอบเปิดจนกระทั่งได้ปริมาตร BEMF ที่เพียงพอtagถึงแล้ว BEMF เล่มนั้นtage อนุญาตให้ซิงโครไนซ์การเปลี่ยนขั้นกับตำแหน่งโรเตอร์
ในย่อหน้าต่อไปนี้ จะมีการอธิบายขั้นตอนการเริ่มต้นระบบและการดำเนินการแบบวงปิด พร้อมด้วยพารามิเตอร์ในการปรับแต่ง
การตรวจจับการข้ามศูนย์ของ BEMF
รูปคลื่น EMF ด้านหลังของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะเปลี่ยนไปตามตำแหน่งและความเร็วของโรเตอร์ และอยู่ในรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู รูปที่ 2 แสดงรูปคลื่นของกระแสและ EMF ด้านหลังสำหรับคาบทางไฟฟ้าหนึ่งช่วง โดยที่เส้นทึบแสดงถึงกระแส (ระลอกคลื่นจะถูกละเว้นเพื่อความเรียบง่าย) เส้นประแสดงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง และพิกัดแนวนอนแสดงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าทางด้านหลัง มุมมองการหมุนของมอเตอร์
จุดกึ่งกลางของจุดเปลี่ยนเฟสทุกๆ สองจุดสอดคล้องกับจุดหนึ่งที่ขั้วแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังมีการเปลี่ยนแปลง: จุดข้ามศูนย์ เมื่อระบุจุดข้ามศูนย์ โมเมนต์การเปลี่ยนเฟสจะถูกตั้งค่าหลังจากการหน่วงไฟฟ้า 30° ในการตรวจจับการข้ามศูนย์ของ BEMF ปริมาตรการแตะตรงกลางtagจะต้องรู้ให้ได้ ต๊าปตรงกลางเท่ากับจุดที่มอเตอร์ทั้งสามเฟสเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน มอเตอร์บางตัวทำให้มีก๊อกกลางใช้งานได้ ในกรณีอื่นๆ สามารถสร้างใหม่ได้โดยใช้ฉบับที่tagเฟส อัลกอริธึม 6 ขั้นตอนที่อธิบายไว้ที่นี่ต้องใช้ความก้าวหน้าtage มีเครือข่ายการตรวจจับ BEMF ที่เชื่อมต่อกับเฟสของมอเตอร์ซึ่งช่วยให้สามารถคำนวณปริมาตรของก๊อกตรงกลางได้tage.
- มีสองกลยุทธ์ที่แตกต่างกันสำหรับการระบุจุดข้ามศูนย์
- การตรวจจับ EMF ย้อนกลับระหว่างเวลาปิด PWM
- การตรวจจับ EMF ย้อนกลับในช่วงเวลาเปิดของ PWM (ปัจจุบันรองรับในเวอร์ชัน 1)tagโหมด e เท่านั้น)
ในระหวจางเวลาปิด PWM เฟสลอยตัวปริมาตรtage ถูกซื้อโดย ADC เนื่องจากไม่มีกระแสไหลในเฟสลอย และอีกสองเฟสเชื่อมต่อกับกราวด์ เมื่อ BEMF ข้ามศูนย์ในเฟสลอย จะมีขั้วที่เท่ากันและตรงกันข้ามในเฟสอื่น: tap center voltage จึงเป็นศูนย์ ดังนั้น จุดข้ามศูนย์จะถูกระบุเมื่อการแปลง ADC เพิ่มขึ้นหรือต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด
ในทางกลับกัน ในระหว่างเวลาเปิดของ PWM จะมีเฟสหนึ่งเชื่อมต่อกับบัสปริมาตรtage และอีกอันหนึ่งลงไปที่พื้น (รูปที่ 3) ในสภาวะนี้ก๊อกตรงกลางปริมาตรtage ถึงครึ่งหนึ่งของปริมาตรบัสtagค่า e เมื่อ BEMF ในเฟสลอยตัวเป็นศูนย์ เช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ จุดข้ามศูนย์จะถูกระบุเมื่อการแปลง ADC เพิ่มขึ้นเหนือ (หรือต่ำกว่า) เกณฑ์ที่กำหนด หลังสอดคล้องกับ VS / 2
การออกแบบเครือข่ายการตรวจจับ BEMF
ในรูปที่ 4 จะแสดงเครือข่ายที่ใช้กันทั่วไปเพื่อตรวจจับ BEMF มีวัตถุประสงค์เพื่อแบ่งปริมาตรเฟสของมอเตอร์tage จะได้รับอย่างถูกต้องจาก ADC ต้องเลือกค่า R2 และ R1 ตามปริมาตรบัสtagระดับอี ผู้ใช้ต้องทราบว่าการใช้อัตราส่วน R1 / (R2 + R1) ต่ำกว่าที่จำเป็นมาก สัญญาณ BEMF อาจส่งผลให้ต่ำเกินไปและการควบคุมไม่แข็งแกร่งเพียงพอ
ในทางกลับกัน อัตราส่วนที่สูงกว่าที่จำเป็นจะทำให้ไดโอดป้องกัน D1 เปิด/ปิดบ่อยครั้ง ซึ่งกระแสไฟกู้คืนอาจส่งเสียงรบกวน ค่าที่แนะนำคือ:
ต้องหลีกเลี่ยงค่าที่ต่ำมากสำหรับ R1 และ R2 เพื่อจำกัดกระแสที่ต๊าปจากเฟสมอเตอร์
บางครั้ง R1 จะเชื่อมต่อกับ GPIO แทน GND ช่วยให้เครือข่ายสามารถเปิดใช้งานหรือปิดใช้งานรันไทม์ได้
ในเฟิร์มแวร์ 6 ขั้นตอน GPIO จะอยู่ในสถานะรีเซ็ตเสมอและเปิดใช้งานเครือข่ายอยู่ อย่างไรก็ตาม จะต้องพิจารณาถึงการมีอยู่ของ D3 ในท้ายที่สุดเมื่อตั้งค่าเกณฑ์ BEMF สำหรับการตรวจจับในช่วงเวลาเปิดของ PWM โดยปกติแล้วจะเพิ่ม 0.5-0.7 V ให้กับเกณฑ์ในอุดมคติ
C1 มีไว้เพื่อการกรองและต้องไม่จำกัดแบนด์วิธของสัญญาณในช่วงความถี่ PWM
D4 และ R3 มีไว้สำหรับการคายประจุโหนด BEMF_SENSING_ADC อย่างรวดเร็วในระหว่างการสับเปลี่ยน PWM โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปริมาณสูงtagอีบอร์ด
ไดโอด D1 และ D2 เป็นทางเลือก และต้องเพิ่มเฉพาะในกรณีที่มีความเสี่ยงที่จะละเมิดอัตราสูงสุดของช่อง ADC การตรวจจับ BEMF
การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์อัลกอริธึมการควบคุม
ขั้นตอนการเริ่มต้น
ขั้นตอนการเริ่มต้นมักจะประกอบด้วยลำดับสามวินาทีtagใช่:
- การจัดตำแหน่ง โรเตอร์อยู่ในตำแหน่งที่กำหนดไว้
- การเร่งความเร็วแบบวงเปิด ฉบับที่tage พัลส์จะถูกใช้ตามลำดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่ทำให้โรเตอร์เริ่มหมุน อัตราของลำดับจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เพื่อให้โรเตอร์ไปถึงความเร็วที่กำหนดได้
- สลับไปมา เมื่อโรเตอร์ถึงความเร็วที่กำหนด อัลกอริธึมจะสลับไปที่ลำดับการควบคุม 6 ขั้นตอนแบบวงปิดเพื่อรักษาการควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์
ดังแสดงในรูปที่ 5 ผู้ใช้สามารถปรับแต่งพารามิเตอร์การเริ่มต้นระบบในเวิร์กเบนช์ MC ก่อนที่จะสร้างโค้ด มีโหมดการขับขี่ที่แตกต่างกันสองโหมด:
- เล่มที่tagโหมดอี อัลกอริธึมจะควบคุมความเร็วโดยการเปลี่ยนแปลงรอบการทำงานของ PWM ที่ใช้กับเฟสมอเตอร์: เฟสเป้าหมายเป้าหมายtage ถูกกำหนดไว้สำหรับแต่ละส่วนของสตาร์ทอัพโปรfile
- โหมดปัจจุบัน อัลกอริธึมควบคุมความเร็วโดยการเปลี่ยนแปลงกระแสที่ไหลในเฟสของมอเตอร์: เป้าหมายปัจจุบันถูกกำหนดไว้สำหรับแต่ละส่วนของสตาร์ทอัพโปรfile
รูปที่ 5. พารามิเตอร์สตาร์ทอัพในเวิร์กเบนช์ MC
การจัดตำแหน่ง
ในรูปที่ 5 ระยะที่ 1 จะสอดคล้องกับขั้นตอนการจัดตำแหน่งเสมอ โรเตอร์อยู่ในแนวเดียวกับตำแหน่ง 6 ขั้นที่ใกล้กับ “มุมไฟฟ้าเริ่มต้น” มากที่สุด
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าตามค่าเริ่มต้น ระยะเวลาของเฟส 1 คือ 200 มิลลิวินาที ในระหว่างขั้นตอนนี้ รอบการทำงานจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเพื่อให้ถึงเป้าหมาย Phase Voltage (Phase Current หากเลือกโหมดการขับขี่ในปัจจุบัน) อย่างไรก็ตาม สำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่หรือในกรณีที่มีความเฉื่อยสูง ระยะเวลาที่แนะนำ หรือแม้แต่เป้าหมาย Phase Voltage/กระแสไฟฟ้าอาจไม่เพียงพอที่จะเริ่มการหมุนอย่างเหมาะสม
ในรูปที่ 6 มีการเปรียบเทียบระหว่างเงื่อนไขการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องและเงื่อนไขที่เหมาะสม
หากค่าเป้าหมายหรือระยะเวลาของเฟส 1 ไม่เพียงพอที่จะบังคับโรเตอร์ให้อยู่ในตำแหน่งเริ่มต้น ผู้ใช้จะมองเห็นมอเตอร์สั่นโดยไม่ต้องเริ่มหมุน ในขณะเดียวกันการดูดซับกระแสก็เพิ่มขึ้น ในช่วงแรกของขั้นตอนการสตาร์ท กระแสจะเพิ่มขึ้น แต่แรงบิดไม่เพียงพอที่จะเอาชนะความเฉื่อยของมอเตอร์ ที่ด้านบนของรูปที่ 6 (A) ผู้ใช้สามารถเห็นกระแสที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานของ BEMF: จากนั้นมอเตอร์จะหยุดทำงาน เมื่อขั้นตอนการเร่งความเร็วเริ่มต้นขึ้น ตำแหน่งที่ไม่แน่นอนของโรเตอร์จะป้องกันไม่ให้อัลกอริทึมดำเนินการขั้นตอนการสตาร์ทและการทำงานของมอเตอร์ให้เสร็จสิ้น
การเพิ่มปริมาตรtagเฟส e/กระแสในระหว่างเฟส 1 อาจแก้ไขปัญหาได้
ในเล่มtagโหมด e ปริมาตรเป้าหมายtage ระหว่างการเริ่มต้นสามารถปรับแต่งด้วย Motor Pilot ได้โดยไม่จำเป็นต้องสร้างโค้ดใหม่ ใน Motor Pilot ในส่วนการเร่งความเร็ว อัตราเร่งแบบเดียวกันfile มีการรายงานของรูปที่ 1 (ดูรูปที่ 7) โปรดทราบว่าที่นี่ฉบับที่tagเฟส e สามารถแสดงเป็นพัลส์ที่ตั้งไว้ในรีจิสเตอร์ตัวจับเวลา (หน่วย S16A) หรือตามที่สอดคล้องกับปริมาตรเอาต์พุตtage (หน่วย Vrms)
เมื่อผู้ใช้พบค่าที่เหมาะสมซึ่งเหมาะสมกับมอเตอร์มากที่สุดแล้ว ค่าเหล่านี้ก็สามารถนำไปใช้กับโปรเจ็กต์โต๊ะทำงาน MC ได้ อนุญาตให้สร้างรหัสใหม่เพื่อใช้ค่าเริ่มต้น สูตรด้านล่างอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรtage เฟสในหน่วย Vrms และ S16A
ในโหมดปัจจุบัน ใน Motor Pilot GUI กระแสเป้าหมายจะแสดงใน S16A เท่านั้น การแปลงเป็น ampขึ้นอยู่กับค่าแบ่งและ ampอัตราขยายการแผ่รังสีที่ใช้ในวงจรจำกัดกระแส
การเร่งความเร็วแบบวงเปิด
ในรูปที่ 5 ระยะที่ 2 สอดคล้องกับระยะการเร่งความเร็ว มีการใช้ลำดับ 6 ขั้นตอนเพื่อเร่งความเร็วมอเตอร์ในวงรอบเปิด ดังนั้น ตำแหน่งโรเตอร์จึงไม่ซิงโครไนซ์กับลำดับ 6 ขั้นตอน เฟสกระแสไฟฟ้าจะสูงกว่าค่าที่เหมาะสมและแรงบิดก็ต่ำกว่า
ในโต๊ะทำงาน MC (รูปที่ 5) ผู้ใช้สามารถกำหนดส่วนการเร่งความเร็วหนึ่งหรือหลายส่วนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่ แนะนำให้เร่งความเร็วด้วย r ที่ช้าลงamp เพื่อเอาชนะความเฉื่อยก่อนที่จะทำการชัน ramp- ในแต่ละเซ็กเมนต์ รอบการทำงานจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเพื่อให้ถึงเป้าหมายสุดท้ายของปริมาตรtage/เฟสปัจจุบันของส่วนนั้น ดังนั้นจึงบังคับให้มีการสับเปลี่ยนเฟสด้วยความเร็วที่สอดคล้องกันซึ่งระบุไว้ในตารางการกำหนดค่าเดียวกัน
ในรูปที่ 8 การเปรียบเทียบระหว่างความเร่งกับปริมาตรtage เฟส (A) ต่ำเกินไปและมีเฟสที่เหมาะสม (B) ให้มา
ถ้าถึงเป้าหมายแล้วtage/กระแสของเฟสเดียวหรือระยะเวลาไม่เพียงพอที่จะทำให้มอเตอร์ไปถึงความเร็วที่สอดคล้องกัน ผู้ใช้สามารถมองเห็นมอเตอร์หยุดหมุนและเริ่มสั่นได้ ที่ด้านบนของรูปที่ 8 กระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันเมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน ในขณะที่เมื่อเร่งความเร็วอย่างเหมาะสม กระแสจะเพิ่มขึ้นโดยไม่มีการต่อเนื่อง เมื่อมอเตอร์หยุด ขั้นตอนการสตาร์ทจะล้มเหลว
การเพิ่มปริมาตรtage/เฟสปัจจุบันอาจแก้ไขปัญหาได้
ในทางกลับกันหากฉบับที่tagเฟส e/กระแสที่กำหนดสูงเกินไป เนื่องจากมอเตอร์ทำงานไม่มีประสิทธิภาพในวงรอบเปิด กระแสอาจเพิ่มขึ้นและถึงกระแสเกิน มอเตอร์หยุดกะทันหัน และนักบินมอเตอร์จะแสดงสัญญาณเตือนกระแสเกิน พฤติกรรมของกระแสดังแสดงในรูปที่ 9
การลดปริมาตรtage/เฟสปัจจุบันอาจแก้ไขปัญหาได้
เช่นเดียวกับขั้นตอนการจัดตำแหน่ง ปริมาตรเป้าหมายtage/current สามารถปรับแต่งรันไทม์ได้ในระหว่างการสตาร์ทด้วย Motor Pilot โดยไม่จำเป็นต้องสร้างโค้ดใหม่ จากนั้น จึงสามารถนำไปใช้กับโปรเจ็กต์เวิร์กเบนช์ MC ได้เมื่อมีการระบุการตั้งค่าที่เหมาะสม
สลับไปมา
ขั้นตอนสุดท้ายของขั้นตอนการเริ่มต้นระบบคือการสลับระบบ ในระหว่างขั้นตอนนี้ อัลกอริธึมจะใช้ BEMF ที่รับรู้ได้เพื่อซิงโครไนซ์ลำดับ 6 ขั้นตอนกับตำแหน่งโรเตอร์ การสลับเริ่มต้นในส่วนที่ระบุในพารามิเตอร์ที่ขีดเส้นใต้ในรูปที่ 10 สามารถกำหนดค่าได้ในส่วนพารามิเตอร์การเริ่มต้นระบบแบบไม่มีเซ็นเซอร์ของโต๊ะทำงาน MC
หลังจากสัญญาณการตรวจจับข้ามศูนย์ BEMF ที่ถูกต้อง (เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขนี้ ดูส่วนที่ 2.1) อัลกอริธึมจะสลับไปที่การดำเนินการแบบวงปิด ขั้นตอนการสลับอาจล้มเหลวเนื่องจากสาเหตุต่อไปนี้:
- ความเร็วในการสลับไม่ได้รับการกำหนดค่าอย่างถูกต้อง
- PI ที่เพิ่มขึ้นของลูปความเร็วสูงเกินไป
- เกณฑ์ในการตรวจหาเหตุการณ์การข้ามศูนย์ของ BEMF ไม่ได้ตั้งค่าไว้อย่างถูกต้อง
ความเร็วในการสลับไม่ได้กำหนดค่าอย่างถูกต้อง
ความเร็วที่การเริ่มต้นสวิตช์โอเวอร์นั้นโดยค่าเริ่มต้นจะเหมือนกับความเร็วเป้าหมายเริ่มต้นที่สามารถกำหนดค่าได้ในส่วนการตั้งค่าไดรฟ์ของโต๊ะทำงาน MC ผู้ใช้ต้องตระหนักว่าทันทีที่วงจรความเร็วปิด มอเตอร์จะถูกเร่งความเร็วทันทีจากความเร็วสวิตช์โอเวอร์ไปจนถึงความเร็วเป้าหมาย หากค่าทั้งสองนี้อยู่ห่างกันมาก อาจเกิดความล้มเหลวของกระแสไฟเกินได้
PI ได้รับจากลูปความเร็วสูงเกินไป
ในระหว่างการเปลี่ยนผ่าน อัลกอริธึมจะย้ายจากการบังคับลำดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อวัดความเร็วและคำนวณค่าเอาต์พุตตามนั้น ดังนั้นจึงชดเชยความเร็วจริงที่เป็นผลจากการเร่งความเร็วแบบวงรอบเปิด หากค่า PI เพิ่มขึ้นสูงเกินไป อาจเกิดความไม่เสถียรชั่วคราวได้ แต่อาจนำไปสู่ความล้มเหลวของกระแสไฟเกินได้หากเกินจริง
รูปที่ 11 แสดง และ เช่นampความไม่แน่นอนดังกล่าวในระหว่างการเปลี่ยนจากการดำเนินการแบบ open-loop ไปเป็นแบบ Closed-loop
เกณฑ์ BEMF ไม่ถูกต้อง
- หากตั้งค่าเกณฑ์ BEMF ไม่ถูกต้อง ระบบจะตรวจพบการข้ามศูนย์ล่วงหน้าหรือล่าช้า สิ่งนี้กระตุ้นให้เกิดผลกระทบหลักสองประการ:
- รูปคลื่นไม่สมมาตรและการควบคุมไม่มีประสิทธิภาพทำให้เกิดแรงบิดกระเพื่อมสูง (รูปที่ 12)
- วงจรความเร็วไม่เสถียรโดยพยายามชดเชยการกระเพื่อมของแรงบิด
- ผู้ใช้จะพบกับการควบคุมความเร็วที่ไม่เสถียร และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด เกิดการไม่ซิงโครไนซ์ระหว่างการขับมอเตอร์กับส่วนควบคุมซึ่งนำไปสู่เหตุการณ์กระแสเกิน
- การตั้งค่าเกณฑ์ BEMF ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพที่ดีของอัลกอริทึม เกณฑ์ยังขึ้นอยู่กับปริมาณบัสtagค่า e และเครือข่ายการตรวจจับ แนะนำให้ดูหัวข้อที่ 2.1 เพื่อตรวจสอบวิธีการจัดตำแหน่งปริมาตรtage ระดับเป็นค่าที่กำหนดในโต๊ะทำงาน MC
การดำเนินงานแบบวงปิด
หากมอเตอร์เข้าสู่เฟสการเร่งความเร็วเสร็จสิ้น BEMF จะตรวจพบการข้ามศูนย์ของ BEMF โรเตอร์จะซิงโครไนซ์กับลำดับ 6 ขั้นตอนและได้รับการดำเนินการแบบวงปิด อย่างไรก็ตาม สามารถดำเนินการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์เพิ่มเติมได้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ
ตัวอย่างเช่น ตามที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้า 3.1.3 (“เกณฑ์ BEMF ไม่ถูกต้อง”) การวนรอบความเร็ว แม้ว่าจะใช้งานได้ อาจดูไม่เสถียร และเกณฑ์ BEMF อาจต้องมีการปรับแต่งบางอย่าง
นอกจากนี้ จะต้องพิจารณาประเด็นต่อไปนี้หากมีการร้องขอให้มอเตอร์ทำงานด้วยความเร็วสูงหรือขับเคลื่อนด้วยรอบการทำงาน PWM สูง:
ความถี่ PWM
- PI วงความเร็วเพิ่มขึ้น
- ระยะระยะเวลาการล้างอำนาจแม่เหล็ก
- ความล่าช้าระหว่างการข้ามศูนย์และการเปลี่ยนขั้นตอน
- สลับระหว่างการตรวจจับเวลาปิด PWM และการตรวจจับเวลาเปิด
ความถี่ PWM
อัลกอริธึม 6 ขั้นตอนที่ไม่มีเซ็นเซอร์ดำเนินการรับ BEMF ทุกรอบ PWM เพื่อตรวจจับเหตุการณ์ Zero-Crossing ได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีการรับข้อมูลในจำนวนที่เพียงพอ ตามหลักการทั่วไป สำหรับการทำงานที่เหมาะสม การเข้าซื้อกิจการอย่างน้อย 10 ครั้งในมุมไฟฟ้า 60 องศา จะทำให้มีการซิงโครไนซ์โรเตอร์ที่ดีและมีเสถียรภาพ
ดังนั้น
PI วงความเร็วเพิ่มขึ้น
การเพิ่มขึ้นของ PI ของลูปความเร็วส่งผลต่อการตอบสนองของมอเตอร์ต่อคำสั่งการเร่งความเร็วหรือการลดความเร็ว คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการทำงานของตัวควบคุม PID นั้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของเอกสารนี้ อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้ต้องทราบว่าอัตราขยายของตัวควบคุมลูปความเร็วสามารถเปลี่ยนแปลงได้ที่รันไทม์ผ่านมอเตอร์ไพล็อต และสามารถปรับได้ตามต้องการ
ระยะระยะเวลาการล้างอำนาจแม่เหล็ก
การล้างอำนาจแม่เหล็กของเฟสลอยคือช่วงเวลาหนึ่งหลังจากการเปลี่ยนแปลงของการเพิ่มพลังงานของเฟส ซึ่งในระหว่างนั้น เนื่องจากกระแสคายประจุ (รูปที่ 14) การอ่านค่า EMF ด้านหลังจึงไม่น่าเชื่อถือ ดังนั้นอัลกอริทึมจะต้องเพิกเฉยต่อสัญญาณก่อนที่จะผ่านไป ช่วงเวลานี้ถูกกำหนดไว้ในเวิร์กเบนช์ MC เป็นเปอร์เซ็นต์tage ของสเต็ป (60 องศาไฟฟ้า) และสามารถเปลี่ยนรันไทม์ผ่าน Motor Pilot ดังแสดงในรูปที่ 15 ยิ่งความเร็วของมอเตอร์สูงเท่าไร ระยะเวลาการล้างอำนาจแม่เหล็กก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น ตามค่าเริ่มต้น การล้างอำนาจแม่เหล็กจะถึงขีดจำกัดล่างที่ตั้งไว้ที่สามรอบ PWM ที่ 2/3 ของความเร็วพิกัดสูงสุด หากเฟสการเหนี่ยวนำของมอเตอร์ต่ำและไม่ต้องใช้เวลามากในการล้างอำนาจแม่เหล็ก ผู้ใช้สามารถลดระยะเวลาการมาสก์หรือความเร็วที่กำหนดช่วงเวลาขั้นต่ำได้ อย่างไรก็ตาม ไม่แนะนำให้ลดระยะเวลาการมาสก์ให้ต่ำกว่า 2 – 3 รอบ PWM เนื่องจากการควบคุมอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรอย่างกะทันหันระหว่างการเปลี่ยนขั้นตอน
ความล่าช้าระหว่าง BEMF ข้ามศูนย์และสับเปลี่ยนขั้นตอน
เมื่อตรวจพบเหตุการณ์การข้ามศูนย์ของ BEMF ปกติแล้วอัลกอริทึมจะรอ 30 องศาทางไฟฟ้าจนกว่าจะมีการเปลี่ยนลำดับขั้นตอน (รูปที่ 16) ด้วยวิธีนี้ การข้ามศูนย์จะอยู่ที่จุดกึ่งกลางของขั้นตอนเพื่อกำหนดเป้าหมายประสิทธิภาพสูงสุด
เนื่องจากความแม่นยำของการตรวจจับแบบ Zero-Crossing ขึ้นอยู่กับจำนวนที่ได้รับ ดังนั้นความถี่ PWM (ดูหัวข้อ 3.2.1) ความแม่นยำของการตรวจจับจึงอาจเกี่ยวข้องที่ความเร็วสูง จากนั้นจะสร้างความไม่สมดุลที่เห็นได้ชัดของรูปคลื่นและการบิดเบือนของกระแส (ดูรูปที่ 17) ซึ่งสามารถชดเชยได้โดยการลดความล่าช้าระหว่างการตรวจจับการข้ามเป็นศูนย์และการเปลี่ยนขั้นตอน ผู้ใช้สามารถเปลี่ยนการหน่วงเวลาข้ามศูนย์ได้ผ่าน Motor Pilot ดังแสดงในรูปที่ 18
สลับระหว่างการตรวจจับเวลาปิด PWM และการตรวจจับเวลาเปิด
ในขณะที่เพิ่มความเร็วหรือกระแสโหลด (กล่าวคือแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์) รอบการทำงานของการขับขี่แบบ PWM จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น เวลาสำหรับ sampการลด BEMF ในระหว่างเวลาปิดเครื่องจะลดลง เพื่อให้ถึง 100% ของรอบการทำงาน การแปลง ADC จะถูกทริกเกอร์ในช่วงเวลาเปิดของ PWM ดังนั้น จึงเปลี่ยนจากการตรวจจับ BEMF ในระหว่างเวลาปิดของ PWM เป็นเวลาเปิดของ PWM
การกำหนดค่าเกณฑ์ BEMF ที่ไม่ถูกต้องในช่วงเวลา ON นำไปสู่ปัญหาเดียวกันที่อธิบายไว้ในส่วน 3.1.3 (“เกณฑ์ BEMF ไม่ถูกต้อง”)
ตามค่าเริ่มต้น เกณฑ์การตรวจจับ BEMF ON จะถูกตั้งค่าไว้ที่ครึ่งหนึ่งของปริมาตรบัสtagจ (ดูหัวข้อ 2.1) ผู้ใช้ต้องพิจารณาว่าเกณฑ์ที่แท้จริงนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณบัสtagค่า e และเครือข่ายการตรวจจับ ปฏิบัติตามข้อบ่งชี้ในส่วนที่ 2.1 และตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้จัดตำแหน่งปริมาตรtagระดับ e เป็นค่าที่กำหนดในโต๊ะทำงาน MC
ค่าของเกณฑ์และรอบการทำงานของ PWM ที่อัลกอริธึมสลับระหว่างการตรวจจับ OFF และ ON สามารถกำหนดค่ารันไทม์ได้ผ่าน Motor Pilot (รูปที่ 19) และมีอยู่ใน Voltagโหมด e การขับขี่เท่านั้น
การแก้ไขปัญหา
ฉันต้องดูแลอะไรบ้างเพื่อหมุนมอเตอร์อย่างเหมาะสมด้วยอัลกอริธึม 6 ขั้นตอนที่ไม่มีเซ็นเซอร์ การหมุนมอเตอร์ด้วยอัลกอริธึม 6 ขั้นตอนที่ไม่มีเซ็นเซอร์หมายถึงความสามารถในการตรวจจับสัญญาณ BEMF ได้อย่างเหมาะสม เร่งความเร็วมอเตอร์ และ ซิงโครไนซ์โรเตอร์กับอัลกอริธึมควบคุม การวัดสัญญาณ BEMF ที่เหมาะสมนั้นอยู่ที่การออกแบบที่มีประสิทธิภาพของเครือข่ายการตรวจจับ BEMF (ดูหัวข้อ 2.1) เป้าหมายฉบับที่tagอี (ฉบับtagการขับขี่ในโหมด e) หรือกระแส (การขับขี่ในโหมดปัจจุบัน) ในระหว่างลำดับการเริ่มต้นจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของมอเตอร์ คำจำกัดความ (และท้ายที่สุดคือระยะเวลา) ของฉบับที่tagเฟส e/กระแสระหว่างการจัดตำแหน่ง การเร่งความเร็ว และขั้นตอนการสลับมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อขั้นตอนที่ประสบความสำเร็จ (ดูส่วนที่ 3)
ในท้ายที่สุด การซิงโครไนซ์ของโรเตอร์และความสามารถในการเพิ่มความเร็วของมอเตอร์จนถึงความเร็วที่กำหนดนั้นขึ้นอยู่กับการปรับความถี่ PWM ให้เหมาะสม เกณฑ์ BEMF ระยะเวลาล้างอำนาจแม่เหล็ก และความหน่วงระหว่างการตรวจจับข้ามศูนย์และการเปลี่ยนขั้นตอน ดังที่อธิบายไว้ใน ส่วนที่ 3.2
ค่าที่ถูกต้องของตัวแบ่งตัวต้านทาน BEMF คืออะไร?
ผู้ใช้ต้องทราบว่าค่าตัวแบ่งตัวต้านทาน BEMF ที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้โอกาสในการขับเคลื่อนมอเตอร์ลดลง สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีออกแบบเครือข่ายการตรวจจับ BEMF โปรดดูส่วนที่ 2.1
ฉันจะกำหนดค่าขั้นตอนการเริ่มต้นได้อย่างไร?
- เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเริ่มต้น ขอแนะนำให้เพิ่มระยะเวลาของแต่ละขั้นตอนของระยะการปรับปรุงเป็นหลายวินาที จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำความเข้าใจว่ามอเตอร์เร่งความเร็วอย่างเหมาะสม หรือที่ความเร็ว/ขั้นตอนของขั้นตอนวงรอบเปิดที่มอเตอร์ล้มเหลว
- ไม่แนะนำให้เร่งความเร็วมอเตอร์ที่มีความเฉื่อยสูงโดยใช้ r ชันเกินไปamp.
- หากกำหนดปริมาตรแล้วtagเฟส e หรือเฟสกระแสต่ำเกินไป มอเตอร์หยุดทำงาน หากสูงเกินไป กระแสไฟเกินจะถูกกระตุ้น ค่อยๆเพิ่มปริมาตรtagอีเฟส (เล่มtagการขับขี่ในโหมด e) หรือกระแส (การขับขี่ในโหมดปัจจุบัน) ในระหว่างขั้นตอนการตั้งศูนย์และการเร่งความเร็วทำให้ผู้ใช้สามารถเข้าใจระยะการทำงานของมอเตอร์ได้ แน่นอนว่ามันช่วยในการค้นหาสิ่งที่ดีที่สุด
- เมื่อถึงเวลาเปลี่ยนไปใช้การดำเนินการแบบวงปิด กำไรของ PI จะต้องลดลงในตอนแรก เพื่อไม่ให้สูญเสียการควบคุมหรือความไม่เสถียรที่เกิดจากการวนรอบความเร็ว ณ จุดนี้ การตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครือข่ายการตรวจจับ BEMF ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม (ดูส่วนที่ 2.1) และสัญญาณ BEMF ที่ได้รับอย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ ผู้ใช้สามารถเข้าถึงการอ่านค่า BEMF และพล็อตค่าใน Motor Pilot (ดูรูปที่ 20) โดยการเลือกรีจิสเตอร์ BEMF_U, BEMF_V และ BEMF_U ที่มีอยู่ในส่วนพล็อต ASYNC ของเครื่องมือ เมื่อมอเตอร์อยู่ในสถานะรัน เกนของตัวควบคุมลูปความเร็วจะสามารถปรับให้เหมาะสมได้ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมหรือการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ ดูส่วนที่ 3 และส่วนที่ 3.2

จะทำอย่างไรถ้ามอเตอร์ไม่เคลื่อนที่เมื่อสตาร์ท?
- เมื่อเริ่มต้น ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นtagอี (ฉบับtagการขับขี่ในโหมด e) หรือกระแส (การขับขี่ในโหมดปัจจุบัน) มีให้กับเฟสของมอเตอร์ เป้าหมายคือการจัดตำแหน่งให้อยู่ในตำแหน่งที่ทราบและกำหนดไว้ล่วงหน้า ถ้าฉบับที่tage ไม่สูงพอ (โดยเฉพาะกับมอเตอร์ที่มีค่าคงที่ความเฉื่อยสูง) มอเตอร์ไม่เคลื่อนที่และขั้นตอนล้มเหลว สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการแก้ไขที่เป็นไปได้ โปรดดูส่วนที่ 3.1.1
ฉันจะทำอย่างไรถ้ามอเตอร์ไม่เร่งความเร็วให้สมบูรณ์?
เช่นเดียวกับเฟสการจัดตำแหน่ง มอเตอร์จะถูกเร่งความเร็วในวงรอบเปิดโดยการใช้ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นtagอี (ฉบับtagการขับขี่ในโหมด e) หรือกระแส (การขับขี่ในโหมดปัจจุบัน) ไปยังเฟสของมอเตอร์ ค่าเริ่มต้นจะไม่พิจารณาโหลดทางกลที่ใช้ในที่สุด หรือค่าคงที่ของมอเตอร์ไม่แม่นยำและ/หรือทราบ ดังนั้นขั้นตอนการเร่งความเร็วอาจล้มเหลวเนื่องจากมอเตอร์ดับหรือมีเหตุการณ์กระแสไฟเกิน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการแก้ไขที่เป็นไปได้ โปรดดูส่วนที่ 3.1.2
เหตุใดมอเตอร์จึงไม่สลับเข้าสู่วงรอบความเร็วแบบปิด
หากมอเตอร์เร่งความเร็วอย่างเหมาะสมตามเป้าหมายแต่หยุดกะทันหัน อาจมีบางอย่างผิดปกติในการกำหนดค่าเกณฑ์ BEMF หรือตัวควบคุม PI ทำงานเพิ่มขึ้น อ้างถึงส่วนที่ 3.1.3 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม
ทำไมวงจรความเร็วจึงดูไม่เสถียร?
คาดว่าสัญญาณรบกวนของการวัดด้วยความเร็วจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากยิ่งความเร็วสูงเท่าใด จำนวน BEMF s ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นamples สำหรับการตรวจจับแบบ Zero-Crossing และด้วยเหตุนี้จึงมีความแม่นยำในการคำนวณ อย่างไรก็ตาม ความไม่เสถียรที่มากเกินไปของวงจรความเร็วอาจเป็นอาการของเกณฑ์ BEMF ที่ไม่ถูกต้องหรือได้รับ PI ที่ไม่ได้รับการกำหนดค่าอย่างเหมาะสม ตามที่เน้นไว้ในส่วนที่ 3.1.3
- ฉันจะเพิ่มความเร็วสูงสุดที่สามารถเข้าถึงได้ได้อย่างไร?
ความเร็วสูงสุดที่เข้าถึงได้มักถูกจำกัดด้วยปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ความถี่ PWM การสูญเสียการซิงโครไนซ์ (เนื่องจากระยะเวลาล้างอำนาจแม่เหล็กมากเกินไป หรือการหน่วงเวลาผิดพลาดระหว่างการตรวจจับแบบ Zero-crossing และการเปลี่ยนขั้นตอน) ค่าเกณฑ์ BEMF ที่ไม่ถูกต้อง สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบเหล่านี้ โปรดดูส่วนที่ 3.2.1, ส่วน 3.2.3, ส่วน 3.2.4 และส่วน 3.2.5
เหตุใดมอเตอร์จึงหยุดกะทันหันด้วยความเร็วที่กำหนด?
อาจเกิดจากการกำหนดค่าเกณฑ์ BEMF ที่ตรวจจับตาม PWM บนการตรวจจับที่ไม่ถูกต้อง อ้างถึงส่วนที่ 3.2.5 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม
ประวัติการแก้ไข
ตารางที่ 2 ประวัติการแก้ไขเอกสาร
วันที่ |
เวอร์ชัน |
การเปลี่ยนแปลง |
24 พ.ย. 2023 |
1 |
การเปิดตัวครั้งแรก |
หมายเหตุสำคัญ - โปรดอ่านอย่างละเอียด
STMicroelectronics NV และบริษัทในเครือ (“ST”) ขอสงวนสิทธิ์ในการเปลี่ยนแปลง แก้ไข ปรับปรุง ปรับเปลี่ยน และปรับปรุงผลิตภัณฑ์ ST และ/หรือเอกสารนี้ได้ตลอดเวลาโดยไม่ต้องแจ้งให้ทราบ ผู้ซื้อควรได้รับข้อมูลล่าสุดที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ ST ก่อนทำการสั่งซื้อ ผลิตภัณฑ์ ST จะถูกขายตามข้อกำหนดและเงื่อนไขการขายของ ST ที่ใช้ในขณะที่ยืนยันคำสั่งซื้อ
ผู้ซื้อจะต้องรับผิดชอบแต่เพียงผู้เดียวในการเลือก การคัดเลือก และการใช้ผลิตภัณฑ์ ST และ ST จะไม่รับผิดชอบต่อความช่วยเหลือในการใช้งานหรือการออกแบบผลิตภัณฑ์ของผู้ซื้อ
ST ไม่อนุญาตให้มีใบอนุญาตใดๆ ไม่ว่าโดยชัดแจ้งหรือโดยนัยในสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาใดๆ
การขายต่อผลิตภัณฑ์ ST ที่มีข้อกำหนดแตกต่างจากข้อมูลที่กำหนดไว้ในที่นี้ จะทำให้การรับประกันใดๆ ที่ ST ให้ไว้สำหรับผลิตภัณฑ์ดังกล่าวเป็นโมฆะ
ST และโลโก้ ST เป็นเครื่องหมายการค้าของ ST สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องหมายการค้า ST โปรดดูที่
www.st.com/trademarkส. ชื่อผลิตภัณฑ์หรือบริการอื่น ๆ ทั้งหมดเป็นทรัพย์สินของเจ้าของที่เกี่ยวข้อง
ข้อมูลในเอกสารฉบับนี้แทนที่และเปลี่ยนแทนข้อมูลที่เคยให้ไว้ก่อนหน้านี้ในเอกสารฉบับก่อนหน้าใดๆ
© 2023 STMicroelectronics – สงวนลิขสิทธิ์
เอกสาร / แหล่งข้อมูล
อ้างอิง