Ознайомлення зі струмовою петлею принципу керування
двигун транспортних засобів нової енергії
У автомобілях з новою енергією контролер двигуна (MCU) реалізує керування крутним моментом і швидкістю приводного двигуна (наприклад, синхронного двигуна з постійними магнітами, PMSM). Його загальні стратегії контролю:
• Векторне керування (Field Oriented Control, FOC): ця стратегія є найпоширенішим методом керування в сучасних транспортних засобах. Він може незалежно контролювати магнітне поле збудження двигуна (магнітне поле збудження синхронного двигуна з постійним магнітом забезпечується постійним магнітом, і для встановлення магнітного поля не потрібен додатковий струм збудження. Тут це стосується підтримки стабільності зчеплення магнітного потоку через Id) і магнітне поле крутного моменту, завдяки чому досягається точне керування крутним моментом і швидкістю.
• Пряме керування крутним моментом (Direct Torque Control, DTC): цей метод не потребує складного перетворення координат, але досягає мети керування шляхом безпосереднього вимірювання та керування електромагнітним крутним моментом і потоком статора двигуна.
Тут, беручи за приклад керування контуром струму у стратегії векторного керування, процес керування приводним двигуном узагальнено таким чином:
1. Вимірювання положення та швидкості ротора двигуна
MCU отримує інформацію про положення та швидкість ротора двигуна від датчика обертання, встановленого на одному кінці вала двигуна або вбудованого всередину двигуна, і підключеного до вала двигуна через муфту, щоб гарантувати, що вони можуть обертатися співвісно.
В основному існує два типи поворотних енкодерів: абсолютні энкодери та інкрементні энкодери. Розглянемо застосування інкрементних кодерів як приклад. Зазвичай воно складається з двох імпульсних послідовностей A і B з різницею фаз 90 градусів, а опорна позиція позначена імпульсом фази Z, який зазвичай називають нульовою позицією або джерелом сигнал.
Коли двигун обертається, фаза A і фаза B будуть по черзі видавати імпульси прямокутної форми. У цей час MCU може визначити напрямок обертання двигуна, порівнюючи різницю фаз на 90 градусів між двома фазами, і визначити кут або відстань, на яку повернувся двигун, записуючи кількість імпульсів і зміну кількості імпульсів. в одиницю часу, і розрахувати швидкість двигуна. Завдяки отриманій інформації про положення ротора та швидкість, MCU може здійснювати подальше керування, наприклад контуром струму або контуром швидкості.
Наприклад, коли двигун повертається на певний кут, кодер генерує відповідну кількість імпульсів. Напрямок обертання двигуна визначається шляхом порівняння порядку імпульсів фази А та фази В, а швидкість розраховується на основі кількості імпульсів за одиницю часу. Якщо припустити, що MCU отримує 10,000 імпульсів за 1 секунду, а кодер генерує лише 1,000 імпульсів за оберт, швидкість двигуна становить 10 об/хв/с (швидкість двигуна ω).
Кодер генерує Z-фазний імпульс для кожного оберту. Коли MCU отримує імпульс Z-фази вперше, він використовує це положення як нульову опорну точку, а потім підраховує кількість імпульсів A-фази, щоб визначити положення ротора двигуна відносно нульового положення. Якщо виявлено 300 імпульсів фази А, кутове положення ротора двигуна відносно нульового положення становитиме 300/1000 обертів або 108 градусів (перетворено в радіани θ=3π/5).