04 Հզորության փոխանցման համակարգ. 3-փուլային MOS կամուրջը որոշում է միացման ելքային պտտող մոմենտի հզորությունը

Նկար 5. Եռաֆազ շարժիչի լարերը կենտրոնացվածորեն միացված են MOS սնուցման հատվածին, որի շուրջը դասավորված են նմուշառման դիմադրություններ, դրայվերներ և ֆիլտրի բաղադրիչներ։

 

Այս միացման դրայվերը նախատեսված է եռաֆազ անխոզանակ շարժիչների համար: Եռաֆազ BLDC շարժիչների բարձր արդյունավետության կառավարման համար սովորաբար անհրաժեշտ են երեք կիսակամուրջներ, որոնք կազմում են եռաֆազ ինվերտոր՝ առնվազն վեց հզորության MOSFET-ներով: Բազմաթիվ մեծ փաթեթով MOS սարքերտուփնկատելի կլինի եռաֆազ ելքային զոդման կետերը շրջապատող PCBA-ի վրա, ինչը համապատասխանում է այս ճարտարապետությանը։

 

Եռաֆազ կամրջի շահագործման տրամաբանությունը կարելի է պարզեցնել հետևյալ կերպ.

Մարտկոցի կամ ավտոբուսի լարումը մատակարարվում է P+ և P- միացումների միջոցով։ MOS կիսակամուրջների բարձր արագությամբ անջատումը հաստատուն հոսանքի լարումը փոխակերպում է եռաֆազ հոսանքի։

Եռաֆազ հոսանքը հոսում է շարժիչի փաթույթներով՝ պտտվող մագնիսական դաշտ առաջացնելու համար։ Կարգավորիչը անընդհատ կարգավորում է PWM աշխատանքային ցիկլերը՝ հիմնվելով կոդավորիչի դիրքի և հոսանքի հետադարձ կապի վրա։

Վերջին հաշվով, ինչը հնարավորություն է տալիս հոդին արտածել նպատակային պտտող մոմենտը, արագությունը կամ դիրքը։

Այս հատվածի վատ նախագծումը կհանգեցնի մի քանի բնորոշ խնդիրների՝ MOS-ի չափազանց տաքացում, ցածր արագության թրթռում, պտտող մոմենտի ուժեղ ալիքավորում, կեղծ գերհոսանքային պաշտպանության ակտիվացում և էլեկտրամագնիսական միջամտություն, որը ազդում է կոդավորիչների կամ կապի սխեմաների վրա: Այս պատճառով ռոբոտային միացումների համար էլեկտրական տախտակի նախագծումը շատ ավելի մարտահրավեր է, քան սովորական փոքր շարժիչի դրայվեր տախտակների նախագծումը:

 

Նկար 6. TLV767 լարման կարգավորիչը կարելի է տեսնել տախտակի վրա՝ ինդուկտորների, կոնդենսատորների և մի քանի ցածր լարման սնուցման բաղադրիչների հետ միասին։

Հոսանքի մատակարարման ծառը նույնպես արժե վերլուծել: ՏՄՊ-ի վրա տեսանելի են TLV767-ի նման LDO կարգավորիչներ և «100» նշագրմամբ հզորության ինդուկտորներ: Հաշվի առնելով 48 Վ լարման միացումների կիրառման սցենարը, կարելի է ենթադրել, որ ցածր լարման համակարգը, հավանաբար, ուղղակիորեն չի իջնի բարձր լարումից միայն LDO-ների միջոցով: Դրա փոխարեն ընդունվում է հետևյալին նման հոսանքի մատակարարման ճարտարապետություն.

Բարձր լարման ավտոբուս → Անջատման աստիճանական փոխակերպում → Ցածր լարման ռելսեր (5V / 3.3V և այլն) → Երկրորդային LDO կարգավորում / տեղական աղմուկի զտում

Այս հզորության ճարտարապետությունն ավելի ռացիոնալ է: MCU-ն, կոդավորիչը, նմուշառման ուժեղացուցիչները և կապի փոխանցող-հաղորդիչները պահանջում են մաքուր, կայուն ցածր լարման հզորություն, մինչդեռ MOS անջատիչները և շարժիչի փուլային գծերը առաջացնում են ուժեղ աղմուկ: Եթե ցածր լարման սնուցման աղբյուրը բավարար հակախանգարողական աշխատանք չունի, առաջին ի հայտ եկող թերությունները սովորաբար ոչ թե շարժիչի անսարքություններն են, այլ կտրուկ անկյան ցատկերը, կապի անջատումները կամ նմուշառման հոսանքի շեղումները:

05 Հոսանքի և ջերմաստիճանի չափում. Ռոբոտի հոդերը պետք է իրական ժամանակում վերահսկեն ելքային պտտող մոմենտը

 

Նկար 7. Եռաֆազ հոսանքի բաժնի տակ տեղակայված են բազմաթիվ R001 ցածր արժեքի զգայուն դիմադրություններ:

R001 բաղադրիչները կարևոր դեր են խաղում այս տախտակի վրա, որոնք ներկայացնում են միլիօմ մակարդակի ցածր արժեքի զգայուն դիմադրություններ (սովորաբար 1 մՕմ), որոնք օգտագործվում են շարժիչի փուլային հոսանքը կամ ավտոբուսային հոսանքը չափելու համար: Հոսանքի զգայունությունը կազմում է ռոբոտային միացումների փակ ցիկլի կառավարման միջուկը, քանի որ BLDC շարժիչի ելքային մոմենտը ուժեղորեն կապված է դրա փուլային հոսանքի հետ:

Այլ կերպ ասած, կարգավորիչը չի «կռահում» միացման ելքային մոմենտը, փոխարենը, այն հաշվարկում է հոսանքը՝ չափելով զգայուն դիմադրությունների միջև լարման փոքր անկումը։

Լարման անկում զգայուն դիմադրության վրա → Ուժեղացում և ֆիլտրում → ADC նմուշառում → Հոսանքի հաշվարկ → FOC պտտող մոմենտի կառավարում

Այս ազդանշանային շղթայի ճշգրտությունը անմիջականորեն ազդում է.

Մոմենտի կառավարման ճշգրտություն. Եթե հոսանքի գնահատումը սխալ է, մոմենտի ելքային հզորությունը նույնպես սխալ կլինի։

Ցածր արագության հարթություն. Բարձր նմուշառման աղմուկը հակված է թրթռում առաջացնելու ցածր արագությունների դեպքում:

Գերհոսանքից պաշտպանություն. Դանդաղ արձագանքը կարող է այրել MOSFET-ները, մինչդեռ չափազանց զգայուն կարգավորումները հանգեցնում են կեղծ պաշտպանության ակտիվացումների։

Ջերմային կառավարման ռազմավարություն. Կայուն բարձր հոսանքը հանգեցնում է շարժիչի փաթույթներում, MOSFET-ներում և հոսանքի զգայուն դիմադրություններում ջերմաստիճանի միաժամանակյա բարձրացմանը։

Դասավորության տեսանկյունից, հոսանքի զգայուն դիմադրությունները MOSFET-ներին և փուլային միացումներին մոտ տեղադրելը կրճատում է բարձր հոսանքի ցիկլը, ինչը նպաստում է պարազիտային ինդուկտիվության և նմուշառման սխալների նվազեցմանը: Յուրաքանչյուր փուլի մոտ տեղակայված են մեծ թվով փոքր դիմադրություններ և կոնդենսատորներ, որոնք սովորաբար օգտագործվում են դարպասի մարման, նմուշառման ֆիլտրման, դրայվերի կայունացման և տեղային անջատման համար:

Ջերմաստիճանի հայտնաբերումը նույնպես անփոխարինելի է: MOTOR NTC պիտակը ցույց է տալիս, որ շարժիչի ներսում կամ փաթույթներին հարակից տեղադրված է ջերմաչափ: Մարդանման ռոբոտի միացումների դեպքում ցածր արագությամբ բարձր պտտող մոմենտի աշխատանքը, երկարատև ստատիկ պահպանումը և կանգնելու կամ նստելու ժամանակ անցողիկ հարվածը առաջացնում են ջերմաստիճանի զգալի բարձրացում: NTC-ն թույլ է տալիս կարգավորիչին կատարել ջերմաստիճանի վրա հիմնված երեք հիմնական գործառույթներ.

Հոսանքի սահմանափակում. Նվազեցնել առավելագույն ելքային հոսանքը ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց։ Հոսանքի նվազեցում. Սահմանափակել գագաթնակետային մոմենտը կայուն ծանրաբեռնվածության դեպքում։

Պաշտպանիչ անջատում. Մտնում է խափանման ռեժիմ, երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է անվտանգության շեմը։

Սա նաև հիմնարար հնարավորություն է, որը պետք է ունենան պրոֆեսիոնալ ռոբոտային միացումները: Ջերմաստիճանի փակ ցիկլի կառավարման բացակայության դեպքում միացումը չի կարող հուսալիորեն աշխատել երկար ժամանակահատվածում՝ չնայած իր բարձր գագաթնակետային պտտող մոմենտի վարկանիշին:

06 Դիրքի հայտնաբերում. Երկակի մագնիսական կոդավորիչներն ու ատամնանիվները միակողմանի անկյունները վերածում են բազմակողմանի դիրքի ցուցմունքների

PCBA-ն հանելուց հետո հակառակ կողմում կարելի է տեսնել փոքր ատամնանիվների կառուցվածքների հավաքածու։ Սրանք հիմնական ռեդուկտորները չեն, այլ անկյան հայտնաբերման համար նախատեսված օժանդակ մեխանիզմներ։

 

Նկար 8. Կառավարման վահանակի հակառակ կողմում գտնվող փոխանցման տուփի և մագնիսական կոդավորիչի տարածքը

 

Նկար 9. Կենտրոնական լիսեռի պտույտը երկու հարակից պինիոնային ատամնանիվները մղում է համաժամանակյա պտտման։

Կառուցվածքային առումով, կենտրոնական լիսեռի պտույտը շարժման մեջ է դնում երկու փոքր ատամնանիվները: Յուրաքանչյուր փոքր ատամնանիվի կենտրոնում տեղադրված է մագնիսական բաղադրիչ, իսկ մագնիսական կոդավորիչի ինտեգրալ սխեմաները տեղադրված են PCBA-ի հետևի կողմում համապատասխան դիրքերում: Մագնիսական կոդավորիչները չափում են մագնիսական դաշտերի անկյունային տատանումները, վերացնելով օպտիկական ցանցային սկավառակների անհրաժեշտությունը: Դրանք դիմացկուն են յուղի աննշան աղտոտման և փոշու նկատմամբ, ինչը դրանք ավելի հարմար է դարձնում լիովին փակ ռոբոտային միացումների համար:

 

Նկար 10. Երկակի փոխանցման և երկակի կոդավորիչի կառուցվածքը բարելավում է անկյունային լուծաչափը և հնարավորություն է տալիս բազմակի շրջադարձային դիրքի հայտնաբերում:

Այստեղ ամենաշատը աչքի է ընկնում «երկակի փոխանցում + կրկնակի մագնիսական կոդավորիչ» կոնֆիգուրացիան։ Դրա արժեքը շատ ավելի մեծ է, քան պարզապես երկրորդ սենսորի ավելացումը՝ ավելի բարձր ճշգրտության համար. այն, ամենայն հավանականությամբ, նախագծված է բազմակի շրջադարձային բացարձակ դիրքի կոդավորման սխեմա իրականացնելու համար։

Միակ մագնիսական կոդավորիչը ճշգրտորեն չափում է 0–360° միջակայքում անկյունները։

սակայն միացումը կարող է պտտվել բազմաթիվ պտույտներով, և մեկ պտույտով կոդավորիչը չի կարող ինքնուրույն որոշել պտույտների քանակը։

Եթե ​​երկու ատամնանիվներն ունեն տարբեր ատամների քանակ կամ ատամնանիվների հարաբերակցություն, դրանք ձևավորում են վերնիեանման համադրություն։

Երկու անկյունային ցուցմունքները համատեղելով՝ կարգավորիչը հաշվարկում է բացարձակ դիրքը շատ ավելի լայն միջակայքում։

Այս կառուցվածքը մեծ արժեք է ներկայացնում մարդակերպ ռոբոտների համար: Անջատելուց հետո ոտքերի, ձեռքերի կամ գոտկատեղի հոդերը կարող են տեղաշարժվել արտաքին ուժերի ազդեցությամբ: Վերականգնման ժամանակ լայնածավալ հետադարձ շարժումներ պահանջող հոդերը տառապում են ցածր արդյունավետությունից և ստեղծում են անվտանգության վտանգներ: Բազմակի շրջադարձային բացարձակ դիրքի սենսորը թույլ է տալիս հոդերին անմիջապես ստանալ կեցվածքի տվյալները, հենց որ էլեկտրաէներգիան վերականգնվի: