04 Aflstýring: Þriggja fasa MOS brúin ákvarðar úttaks toggetu liðsins

Mynd 5: Þriggja fasa mótorvírarnir eru tengdir miðlægt við MOS aflgjafahlutann, með sýnatökuviðnámum, drifum og síuíhlutum raðað í kringum hann.

 

Þessi sameiginlegi drifbúnaður er hannaður fyrir þriggja fasa burstalausa mótora. Háafkastamikil stjórnun þriggja fasa BLDC mótora krefst venjulega þriggja hálfbrýr, sem mynda þriggja fasa inverter með að lágmarki sex afl MOSFETs. Margar stórar MOS tækigetursést á PCBA-plötunni sem umlykur þriggja fasa lóðpunktana, í samræmi við þessa arkitektúr.

 

Rekstrarrökfræði þriggja fasa brúarinnar má einfalda á eftirfarandi hátt:

Rafhlaða- eða strætisvagnaspenna er mötuð inn um P+ og P-; Hraðvirk rofi MOS hálfbrúa breytir jafnspennu í þriggja fasa straum;

Þriggja fasa straumurinn rennur inn í mótorvindingarnar til að mynda snúningssegulsvið; Stýringin stillir stöðugt PWM vinnuhringrásina út frá stöðu kóðarans og straumviðbrögðum;

Að lokum gerir það liðnum kleift að framleiða marktækt tog, hraða eða stöðu.

Léleg hönnun þessa hluta mun leiða til nokkurra dæmigerðra vandamála: óhóflegrar MOS-hitunar, lághraða-jitter, mikillar togbylgju, falskrar yfirstraumsvarna og EMI-truflana sem hafa áhrif á kóðara eða samskiptarásir. Af þessari ástæðu er hönnun aflgjafarkorta fyrir samskeyti vélmenna mun krefjandi en hönnun venjulegra lítilla mótorstýrikorta.

 

Mynd 6: Spennustillirinn TLV767 sést á borðinu, ásamt spólum, þéttum og nokkrum lágspennuaflsíhlutum.

Það er einnig vert að greina tréð fyrir aflgjafann. LDO-stýringar eins og TLV767 og aflspólar merktir „100“ eru sýnilegir á prentplötunni. Miðað við notkunarsvið 48V samskeyta má álykta að ólíklegt sé að lágspennukerfið verði lækkað beint úr háspennu eingöngu í gegnum LDO. Í staðinn er notuð aflgjafaarkitektúr sem líkist eftirfarandi:

Háspennubuss → Skipti-niðurfærslubreyting → Lágspennuteinar (5V / 3,3V, o.s.frv.) → Auka LDO stjórnun / staðbundin hávaðasíun

Þessi aflgjafahönnun er skynsamlegri. Örorkumælirinn, kóðarinn, sýnatökumagnararnir og samskiptasenditækin þurfa hreina og stöðuga lágspennuafl, en MOS-rofar og fasalínur mótorsins mynda mikinn hávaða. Ef lágspennuaflgjafinn skortir nægilega truflunarvörn eru fyrstu gallarnir sem koma upp venjulega ekki mótorbilanir, heldur skyndileg hornstökk, samskiptatruflanir eða breytileg straumsýnatökumæling.

05 Straum- og hitaskynjun: Samskeyti vélmenna verða að fylgjast með úttaks togi í rauntíma

 

Mynd 7: Margir R001 lággildis skynjunarviðnámar eru staðsettir undir þriggja fasa aflgjafahlutanum.

R001 íhlutirnir eru mikilvægir á þessu korti og tákna lággildis skynjunarviðnám á millióhm-stigi (venjulega 1 mΩ) sem notuð eru til að mæla fasastraum mótorsins eða strætisstraum. Straumskynjun er kjarninn í lokuðu stýrikerfi fyrir samskeyti vélmenna, þar sem úttakstog BLDC mótorsins er sterklega tengt fasastraumnum hans.

Með öðrum orðum, stýringin „giskar“ ekki á togkraft liðsins; í staðinn reiknar hún strauminn með því að mæla örlítið spennufall yfir skynjunarviðnámin:

Spennufall yfir skynjunarviðnám → Magnun og síun → ADC sýnataka → Straumútreikningur → FOC togstýring

Nákvæmni þessarar merkjakeðju hefur bein áhrif á:

Nákvæmni togstýringar: Ef straummatið er ónákvæmt, verður togúttakið ónákvæmt.

Lághraða jöfnun: Mikill sýnatökuhávaði hefur tilhneigingu til að valda titringi við lágan hraða.

Ofstraumsvörn: Hæg svörun getur brennt út MOSFET, en of viðkvæmar stillingar leiða til falskra verndarvirkjana.

Hitastjórnunarstefna: Viðvarandi mikill straumur leiðir til samtímis hækkunar á hitastigi í mótorvöfum, MOSFET-um og straumskynjunarviðnámum.

Frá sjónarhóli skipulags styttir það hástraumslykkjuna að setja straumskynjunarviðnám nálægt MOSFET og fasavírum, sem hjálpar til við að draga úr sníkjudýraleiðni og sýnatökuvillum. Fjöldi lítilla viðnáma og þétta er staðsettur nálægt hverjum fasa, almennt notaður til hliðdempunar, sýnatökusíun, stöðugleika drifkrafta og staðbundinnar aftengingar.

Hitamæling er jafnframt ómissandi. NTC merkið á MOTOR gefur til kynna hitamæli sem er settur upp inni í mótornum eða við hliðina á vafningunum. Fyrir liði eins og mannlíka vélmenni valda lághraði og mikið tog, langvarandi stöðugleiki og tímabundin högg við uppréttingu eða hnébeygju allt verulegri hitastigshækkun. NTC gerir stjórntækinu kleift að framkvæma þrjár lykilhitatengdar aðgerðir:

Straumtakmörkun: Minnka hámarksútgangsstraum þegar hitastig hækkar; Lækka niður: Takmarka hámarks tog við viðvarandi mikið álag;

Öryggisslökkvun: Farið í bilunarham þegar hitastigið fer yfir öryggismörk.

Þetta er einnig grundvallareiginleiki sem faglegir vélmennaliðir verða að hafa. Án lokaðrar hitastýringar getur liðurinn ekki starfað áreiðanlega í langan tíma þrátt fyrir hátt hámarks tog.

06 Stöðugreining: Tvöfaldur segulkóðari og gírar breyta einhliða hornum í marghliða stöðumælingar

Eftir að prentplatan hefur verið fjarlægð má sjá safn af litlum gírum á bakhliðinni. Þetta eru ekki aðalgírarnir heldur hjálparbúnaður sem er hannaður til að greina horn.

 

Mynd 8: Gír- og segulkóðarasvæði á bakhlið stjórnborðsins

 

Mynd 9: Snúningur miðássins knýr tvö aðliggjandi drifhjól til að snúast samstillt.

Byggingarlega séð knýr snúningur miðássins tvö litlu gírhjólin áfram. Segulhluti er festur í miðju hvers lítils gírs, með segulkóðara-IC festum á samsvarandi stöðum á aftanverðri PCBA-plötunni. Segulkóðarar mæla hornbreytingar á segulsviðum, sem útrýmir þörfinni fyrir ljósristar. Þeir þola minniháttar olíumengun og ryk, sem gerir þá hentugri fyrir fullkomlega lokaðar samskeyti vélmenna.

 

Mynd 10: Tvöfaldur gír og tvöfaldur kóðari bætir hornupplausn og gerir kleift að greina staðsetningu í mörgum beygjum.

Það sem helst stendur upp úr hér er stillingin „tvígír + tvöfaldur segulkóðari“. Gildi hennar nær langt út fyrir að bæta einfaldlega við öðrum skynjara fyrir meiri nákvæmni; hún er líklega hönnuð til að framkvæma fjölbeygju algilda staðsetningarkóðunarkerfi:

Einn segulkóðari mælir nákvæmlega horn á bilinu 0–360°;

samt getur samskeyti snúist margar snúningar og einbeygju-kóðari getur ekki ákvarðað fjölda snúninga upp á eigin spýtur;

Ef gírarnir tveir eru með mismunandi tannfjölda eða gírhlutföll mynda þeir vernier-lík fylgni;

Með því að sameina þessar tvær hornmælingar reiknar stjórnandinn út algilda staðsetningu yfir mun stærra svið.

Þessi uppbygging er mjög gagnleg fyrir manngerða vélmenni. Eftir að rafmagninu er slökkt geta fætur, handleggir eða mittisliðir færst úr stað vegna utanaðkomandi krafta. Við endurræsingu þjást liðir sem krefjast mikilla heimahreyfinga af litlum skilvirkni og skapa öryggishættu. Fjölbeygjustöðuskynjun gerir liðum kleift að sækja strax líkamsstöðugögn um leið og rafmagn kemst aftur á.