来自系列:电机控制
Mathworks Melda Ulusoy
观看此视频,了解如何设计用于控制BLDC电机速度的电机控制算法。您将了解系统工作的不同组件,例如换向逻辑和三相逆变器。我们还将讨论为什么我们在BLDC电机的速度和扭矩响应中观察涟漪,并使您直接进入电感反激的概念。
查看此视频以了解如何使用Simscape Electrical模拟三相逆变器
此视频中使用的模型可用这个github存储库。
在此视频中,我们将讨论控制BLDC电机所需的控制算法。我们将探讨该控制算法的不同信号的行为,还讨论了电感反激的概念。
在以前的视频中,我们介绍了一个BLDC电动机,该电机在定子中具有三个线圈绕组和转子中的单个杆对。我们还讨论了在BLDC电机中通过六步换向或梯形控制在BLDC电机中产生运动,其中正确的相位每60度进行一次换向,以连续旋转电机。
这里,我们具有DC电压源,其向三相逆变器提供恒定电压,这将DC电源转换为三相电流以激励不同的线圈对。当施加的电压是恒定的时,由于电压和速度之间的比例关系,电动机以恒定的速度变为恒定速度。但是,如果我们想以不同的速度控制电机,那么我们需要构建一个控制器,该控制器会调节施加的电压的大小。让我们首先构建该控制器的图表。
这是我们的电机。为了控制它,我们首先需要通过使用霍尔效应传感器等传感器来测量其角度位置和速度。注意,霍尔传感器不准确地提供转子在扇区内的信息。但它允许检测转子从一个扇区转换到另一个扇区。实际上,扇区信息是我们需要知道的,以确定何时换乘电机。但我们仍然不知道三个阶段中的哪两个到换向。正确的阶段由换向逻辑电路指定,该换向逻辑电路计算三相逆变器的开关图案。让我们在视觉上看到这些块如何相互互动。在换向逻辑表中,字母A,B和C代表电机的三个阶段;三相逆变器的高侧用H和低侧用L标记,以了解逆变器的开关和基于换向逻辑的BLDC换向工作,让我们使用之前的动画替换这一部分。 If the rotor is within the first sector, the commutation logic selects this switching pattern, which dictates an on state for the high side switch of phase A and the low side switch of phase C. As the rotor transitions to other sectors, a switching pattern is selected accordingly and sent to the three-phase inverter.
我们得到了电机旋转,因为现在我们知道何时换乘转子以及哪个阶段在每个换向期间能够激励。我们的下一个目标是使电机以不同的速度旋转。
目前,我们向逆变器输入恒定的直流电压,这导致恒定速度,正如我们之前所讨论的那样。我们可以通过使用合适的控制器关闭环路来调整该电压。基于所需和测量速度之间的差异,控制器将调整电压以使电动机速度接近所需的值。这里注意到换向逻辑也属于控制算法,该控制算法在图上以浅蓝色显示。和物理系统的所有组件都显示为浅灰色。这种电动机控制算法可以在这里看到的仿真环境中实现。请注意,这里我们假设我们以理想的方式更改电压以展示操作,但实际上我们需要使用PWM,我们将在下一个视频中讨论。如果您想了解如何构建此模型,请不要忘记查看此视频下面的链接。彩色框显示控制算法的不同部分如何映射到Simulink模型中的子系统。金宝app该模型记录诸如速度,电压,电流和扭矩等信号。 To explore these, let’s run the model and first look at the desired speed. As you see here, it ramps up from 100 to 500 rpm in 100-rpm increments. If we now look at the voltage, we see how it’s adjusted by the controller to make the motor rotate at the desired speed as seen on the measured speed.
我们立即注意到这是该速度信号中的涟漪。在这里,我们在扇区之间转换时,我们有另一个曲线表现出。看着该扇区,速度绘图一起向我们展示了速度涟漪与换向有关,因为波纹模式与每个换向周期的开头对齐。记住换向期间发生的事情。其中一个相拉高,而另一个相位被拉低,并且第三阶段是打开的。如果在换向期间在此图中看到的三相电流发生了变化,那么我们不会以速度观察任何波纹模式。但实际上,当我们开一个阶段时,电流不会瞬间改变。看着三相电流,我们看出它们如何随着时间的推移而上升,这又导致速度扭曲。并且速度不是唯一受影响的信号,但我们也观察扭矩响应中的纹波,因为电流和扭矩与比例相关。扭矩响应中的波纹被认为是其中一个缺点BLDC电机的梯形控制。
当我们看着三相电流时,有些东西抓到了你的眼睛吗?当一个相位从开相状态拉高时,在开始再次上升之前发生突然跳跃。与此同时,在换向期间保持较低的阶段发生另一跳。为了更好地理解通电阶段的这些瞬时变化背后的原因,让我们看看这个动画。在换向期间,随着相电流的增长,在激励阶段建立磁场。在换向时,在这种情况A中,这些相之一成为开路电路,因此在该打开的相位上的已建立的字段塌陷。所以相电流下降到零。
让我们重新推动这一点,看看换换时B和C的阶段会发生什么。当相对于具有完全建立的字段的阶段C连接到相位B时,几乎瞬时地将C上的已建立的字段坍塌而在同一时间相位B上建立响应于崩溃的场。由于这种突然建立在B阶段,我们观察到相位B电流中的跳跃。由于阶段C的崩溃,我们观察到电流的突然减小,这是其幅度的一半,因为B和C处的田地在50%的场强处找到平衡。由于这些瞬时变化在相电流中,我们观察三相电压中的尖峰。我们刚才描述的这种现象称为电感反激。
让我们包装我们在此视频中看到的内容。我们首先讨论了控制算法的不同元素,该算法决定何时换乘电机以及在换向期间激励的阶段。然后,我们展示了如何通过控制器调节电压来控制电动机的速度。在这里,我们假设理想的可控电压源,但实际上我们需要一种方法,例如PWM以将恒定的直流电压转换为AC电压。在下一个视频中,我们将使用PWM更新我们的控制算法以控制电机速度。有关电机控制的更多信息,请不要忘记查看此视频下面的链接。
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