Высокоэффективное управление двигателем с помощью FOC С нуля
Тестирование контроллера двигателя на базе FOC. (Фото: Overkill, YouTube)
Векторное управление, также известное как Field Oriented Control или FOC, представляет собой схему управления двигателем переменного тока, которая обеспечивает детальное управление подключенным двигателем за счет точного регулирования его фаз. В недавнем видео [Exterior Overkill] рассказывается об основах, а затем о более тонких деталях того, как работает FOC, а также о том, как его реализовать. В этих контроллерах обычно используется пропорционально-интегральный контур (PI), способный измерять и интегрировать положение подключенного двигателя, что позволяет точно регулировать применяемый вектор.
Если этот контроллер кажется знакомым, то это потому, что ранее мы показывали его в контексте возрождения старых промышленных роботов-манипуляторов. Независимо от того, управляете ли вы большими двигателями промышленного робота или гораздо меньшим двигателем переменного тока с постоянными магнитами (PMAC), FOV, скорее всего, является тем механизмом управления, который вы хотите использовать для достижения наилучших результатов. Следует отметить, что большинство двигателей BLDC на самом деле также являются PMAC с ESC для обеспечения интерфейса постоянного тока.
Фактическое управление осуществляется с помощью двух МОП-транзисторов на фазу, образующих полумост, переключающийся между двумя направляющими для создания необходимого ШИМ-сигнала для каждой фазы. Выбрать правильный тип МОП-транзистора было довольно сложно, особенно из-за высоких токов переключения и высокой частоты 25 кГц. Последний был выбран для предотвращения слышимого шума при управлении роботом. В конечном итоге были выбраны МОП-транзисторы SiC, в частности GeneSiC G3R30MT12K. Следует отметить, что здесь представлены четыре ножки с добавленным четвертым выводом источника Кельвина. Это делается для устранения потенциальных проблем с приводом gate, о которых рассказывается в видео.
При наличии аппаратного обеспечения, независимо от того, соответствуют ли они проектам на GitHub или нет, все это работает благодаря программному обеспечению. Именно здесь важен аспект микроконтроллера, поскольку он должен выполнять всю тяжелую работу по вычислению нового оптимального вектора и, следовательно, текущих уровней для каждой фазы. В этом контроллере используется STM32F413, который генерирует ШИМ-сигналы для управления полумостами, одновременно считывая измерения с двигателей с помощью своего АЦП.
Как видно из результатов использования этого контроллера со старыми промышленными роботами, контроллер FOC работает довольно хорошо, с бесшумной и плавной работой. Из-за такой производительности в будущем мы, вероятно, увидим двигатели FOC и PMAC, используемые в таких приложениях, как 3D-принтеры, хотя из-за правила «достаточно хорошо» стоимость контроллера FOC по-прежнему значительно выше, чем у простого шагового устройства с разомкнутым контуром. система.
Другие новости: