直流无刷电机的控制原理要让电机滚动起来,首先控制部就必需根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或封闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序,如 下(图二) inverter中之ah、bh、ch(这些称为上臂功率晶体管)及al、bl、cl(这些称为下臂功率晶体管),使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如斯就能使电机顺时/逆时滚动。当电机转子滚动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时,控制部又再开启下一组功率晶体管,如斯轮回电机就可以依统一方向继承滚动直到控制部决定要电机转子休止则封闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
基本上功率晶体管的开法可举例如下:
ah、bl一组→ah、cl一组→bh、cl一组→bh、al一组→ch、al一组→ch、bl一组
但毫不能开成ah、al或bh、bl或ch、cl。此外由于电子零件总有开关的响应时间,所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去,否则当上臂(或下臂)尚未完全封闭,下臂(或上臂)就已开启,结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
当电机滚动起来,控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(ah、bl或ah、cl或bh、cl或……)开关导通,以及导通时间是非。速度不够则开长,速渡过头则减短,此部份工作就由pwm来完成。pwm是决定电机转速快或慢的方式,如何产生这样的pwm才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必需考虑到系统的clock 分辨率是否足以把握处理软件指令的时间,另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判断准确性、实时性。 至于低转速的速度控制尤其是低速起动则由于回传的hall-sensor信号变化变得更慢,怎样撷守信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考,使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电性能够运转顺畅而且响应良好,p.i.d.控制的恰当与否也无法忽视。之条件到直流无刷电机是闭回路控制,因此回授信号就即是是告诉控制部现在电机转速间隔目标速度还差多少,这就是误差(error)。知道了误差天然就要补偿,方式有传统的工程控制如p.i.d.控制。但控制的状态及环境实在是复杂多变的,若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全把握,所以恍惚控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型p.i.d.控制的重要理论。 |