来自系列:电机控制
Melda Ulusoy, MathWorks
观看这个视频来学习如何设计一个电机控制算法来控制无刷直流电机的速度。您将了解系统的不同组成部分如何工作,如换相逻辑和三相逆变器。我们还将讨论为什么我们观察到无刷直流电机的速度和转矩响应的波动,并给你感应反激概念的直觉。
看看这个视频,学习如何使用Simscape电气建模三相逆变器
此视频中使用的模型可用这GitHub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。
在之前的视频中,我们介绍了一个无刷直流电机有三个线圈绕组在定子和一个单极对在转子。我们还讨论了如何通过六步换向或梯形控制产生运动的无刷直流电机,其中正确的相位每60度换向电机连续旋转。
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。
这是我们的汽车。为了控制它,我们首先需要使用传感器如霍尔效应传感器测量它的角度位置和速度。请注意,霍尔传感器不能提供转子在扇形内精确位置的信息。但相反,它允许检测转子何时过渡从一个扇区到另一个。实际上,扇区信息是我们需要知道的一切来决定什么时候换向电机。但是我们仍然不知道三个相中的哪两个可以交换。正确的相位是由计算三相逆变器开关模式的换相逻辑电路确定的。让我们来看看这些块是如何相互作用的。在换相逻辑表中,字母A、B、C代表电机的三相;三相逆变器的高侧标注为H,低侧标注为l。为了了解逆变器和无刷直流换向开关是如何基于换向逻辑工作的,让我们用之前的动画替换这部分。 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。万博1manbetx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.
我们马上注意到的是这个速度信号的波纹。这里我们有另一个图显示转子在扇区之间的过渡。把扇形和速度图放在一起看,我们可以看到速度的波纹与换相有关,因为波纹图案与每个换相周期的开始相一致。记住在换向过程中发生了什么。一个相位被拉高,另一个被拉低,第三个相位被打开。如果在换相过程中,三相电流如图中所示发生变化,那么我们就不会在速度上观察到任何波纹图案。但在现实中,当我们驱动一个相时,电流不会瞬间改变。看看这三相电流,我们可以看到它们是如何随着时间的推移而上升的,这反过来又导致了速度的波动。速度不是唯一受影响的信号,但我们也观察到扭矩响应的波动,因为电流和扭矩是成比例相关的。转矩响应的波动被认为是缺陷之一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。
你也可以从以下列表中选择一个网站:
选择中国网站(以中文或英文)以获取最佳网站性能。其他MathWorks国家网站未优化您的位置。