Cara menguasai algoritma kontrol motor stepper lebih efisien
Dalam mengoptimalkan desain sistem kontrol gerak berdasarkan motor stepper, insinyur harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti biaya, kinerja, efisiensi, tantangan umpan balik yang tidak terduga (seperti resonansi mekanis), dan waktu pengembangan. Sistem kontrol motor modern menghadapi tantangan untuk beroperasi di berbagai lingkungan yang buruk, dan efisiensi keseluruhan solusi tradisional sering dibatasi oleh kondisi terburuk yang dihadapi oleh keseluruhan sistem. Algoritma kontrol adaptif sangat penting untuk mengekstrak efisiensi maksimum dari sistem elektromekanik yang dioptimalkan.
Pemetaan sistem
Jika Anda menginginkan efisiensi tertinggi, Anda harus memetakan kondisi batas seluruh sistem elektromekanik. Semua variabel sistem harus dipertimbangkan: suhu, degradasi mekanis, percepatan, kecepatan, tegangan suplai, dan sebagainya. Arsitektur sistem juga berdampak padanya.
Dalam sistem loop terbuka, seringkali diperlukan untuk membangkitkan motor dengan profil hard disk dan profil kecepatan terburuk, sehingga kita dapat mengasumsikan bahwa efisiensi bukanlah tujuan desain utama untuk sistem tersebut. Jenis pengujian ini sangat memakan waktu karena sistem harus diverifikasi pada semua nilai tegangan, temperatur dan kecepatan suplai yang mungkin digunakan motor untuk meminimalkan risiko resonansi. Setiap sistem motor stepper memiliki potensi untuk beresonansi, biasanya karena beroperasi pada (atau mendekati) frekuensi alami motor. Menghindari area ini sangat penting karena resonansi dapat menyebabkan motor kehilangan gerakan atau memasuki kondisi kandang. Namun, untuk sistem loop terbuka, menentukan area ini bisa sangat sulit.
Kontrol loop tertutup biasanya mengambil dua bentuk: sistem berbasis sensor (cahaya atau efek Hall) dan sistem sensorless. Sistem tanpa sensor, juga dikenal sebagai "sistem loop semi tertutup", biasanya menggunakan tegangan yang dihasilkan oleh koil motor sebagai umpan balik. Sistem kendali berbasis sensor banyak digunakan, tetapi perubahan lain pada sensor harus dipertimbangkan dalam praktik pemetaan. Keuntungan utama dari sistem tanpa sensor adalah bahwa mereka hanya perlu membaca informasi tentang gerakan fisik motor. Keuntungan penting lainnya adalah berkurangnya biaya sistem sistem loop tertutup atau semi-tertutup, sementara mengurangi kerumitan sistem dengan menghilangkan kebutuhan untuk sensor eksternal. Desain yang sukses membutuhkan pemahaman tentang karakteristik EMF belakang.
Pemetaan SLA
Kembali EMF memfasilitasi ekstraksi informasi rinci terkait dengan gerakan sistem elektromekanik dan menyediakan data diagnostik. Tegangan dihasilkan antara pulsa arus drive motor dan pergerakan koil motor melalui medan magnet motor. Informasi ini sering disebut sebagai kecepatan dan / atau beban sudut (SLA) dari motor. Kecepatan sudut motor stepper dapat didekati dengan baik dengan memantau besarnya EMF belakang.
Gambar 1 menunjukkan pemetaan pin SLA ketika mengendarai motor stepper konvensional yang dipasang dalam sistem mekanis menggunakan pengontrol motor stepper AMIS-30522. Informasi ini dikumpulkan selama sapuan input NXT (input jam yang menentukan kecepatan eksitasi motor). Ketika bergerak dari kiri ke kanan, frekuensi eksitasi meningkat dan Anda dapat dengan jelas melihat area kerja yang berbeda. Kemampuan untuk mengukur karakteristik motor dari keseluruhan sistem adalah fitur yang sangat kuat dari seri AMIS-305xx — terutama yang dapat menangani tantangan desain tradisional, tetapi sebelum itu, perancang sistem hanya menganalisis kinerja resonansi motor, dan tidak diakui bahwa area ini dapat berubah setelah seluruh perangkat mekanis disatukan.
Sistem kontrol motor dapat terus menerus mencontoh tegangan SLA, dan jika situasi tidak normal terjadi, tindakan yang tepat dapat diambil. Karena gaya elektromotif belakang sebanding dengan kecepatan rotasi rotor, dapat dengan mudah digunakan untuk merasakan beban eksternal pada poros output dan mengatur arus yang dipasok ke motor. Area lain di mana data dari pin SLA sangat berguna adalah ketika motor akan memasuki wilayah resonan. Dengan merancang algoritme untuk mengidentifikasi situasi ini dengan cepat, sistem kontrol motor stepper dapat langsung mempercepat melalui area ini untuk mencapai kecepatan aman yang baru.
Kotak merah di sisi kiri Gambar 1 menyoroti resonansi dalam sistem. Ini mungkin karena instalasi motor yang sebenarnya, frekuensi fundamental resonansi motor antara langkah melangkah, atau faktor orde kedua lainnya. Ini biasanya adalah zona kecepatan pergantian yang perlu dihindari. Jika teknologi EMF dari ON Semiconductor digunakan, itu dapat dengan mudah dipetakan dalam hitungan menit. Ini akan membantu mengurangi tekanan pada sistem elektromekanik. Ini penting karena tekanan sistem dapat menyebabkan peningkatan kebisingan, kinerja yang menurun, dan dapat mengakibatkan berkurangnya keandalan sistem. Puncak dari metode pengumpulan data ini adalah bahwa proses pemetaan dapat diselesaikan tanpa perubahan fisik pada sistem. Satu-satunya sensor adalah motor itu sendiri, jadi tidak ada kerumitan mekanis tambahan.
Kotak merah di sisi kanan Gambar 1 menunjukkan area di mana penggerak saat ini melebihi konstanta waktu RLC sistem, menghasilkan arus sisa pada kumparan motor. Ini adalah "batas kecepatan" untuk sistem elektromekanik khusus ini.
Diantara kedua area ini adalah area kerja motor yang direkomendasikan. Perlu juga dicatat bahwa pemetaan yang sama juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi kondisi kios di mana motor tidak dapat diubah (dan dengan demikian tidak dapat menghasilkan EMF kembali). Dalam pengontrol sistem, situasi ini hanya dapat dikontrol dengan mengkonfigurasi ambang minimum antara eksitasi motor.
Gunakan data pemetaan dalam desain Anda
Setelah pemetaan selesai dan profil kecepatan yang ideal diketahui, nilai SLA terbaik dapat dipilih. Untuk sistem yang diberikan, ini akan mewakili titik kerja yang paling efisien. Variabel kontrol motor seperti penggerak arus, percepatan, dan kecepatan dapat disesuaikan secara dinamis untuk menghindari masalah yang dapat merusak efisiensi, seperti resonansi mekanis dan arus drive yang berlebihan. Keuntungan dari metode EMF tanpa sensor adalah bahwa umpan balik dari sensor bukanlah informasi biner yang sederhana, tetapi dapat digunakan untuk memperoleh informasi diagnostik terperinci dari motor tanpa menambah kerumitan sistem tambahan, memungkinkan kita untuk menggunakan perubahan Halus dalam SLA. untuk kompensasi real-time untuk menghindari langkah-langkah yang hilang.
