Nguyên lý của động cơ DC

Nguyên lý điều khiển của động cơ DC không chổi than như sau: Để làm cho động cơ quay, trước tiên bộ điều khiển phải xác định vị trí của rôto động cơ dựa trên cảm biến Hall{0}}. Sau đó, theo cuộn dây stato, nó xác định trình tự bật (hoặc tắt) các bóng bán dẫn điện trong bộ biến tần. Các bóng bán dẫn AH, BH và CH (được gọi là bóng bán dẫn công suất nhánh trên) và các bóng bán dẫn AL, BL và CL (được gọi là bóng bán dẫn công suất nhánh dưới) trong bộ biến tần lần lượt cho dòng điện chạy qua cuộn dây động cơ, tạo ra từ trường quay theo chiều kim đồng hồ (hoặc ngược chiều kim đồng hồ). Từ trường này tương tác với nam châm của rôto, do đó làm cho động cơ quay theo chiều kim đồng hồ/ngược chiều kim đồng hồ-. Khi rôto động cơ quay đến vị trí mà cảm biến Hall-cảm nhận được một bộ tín hiệu khác, bộ điều khiển sẽ bật bộ bóng bán dẫn điện tiếp theo. Chu kỳ này tiếp tục, cho phép động cơ quay theo cùng một hướng cho đến khi bộ điều khiển quyết định dừng rôto động cơ, lúc này các bóng bán dẫn điện sẽ tắt (hoặc chỉ các bóng bán dẫn điện ở nhánh dưới được bật). Để đảo chiều quay của rôto, các bóng bán dẫn điện được bật theo trình tự ngược lại.

Sơ đồ chuyển mạch cơ bản của bóng bán dẫn điện có thể được minh họa như sau: AH, BL → AH, CL → BH, CL → BH, AL → CH, AL → CH, BL. Tuy nhiên, tuyệt đối cấm chuyển đổi chúng thành AH, AL, BH, BL hoặc CH, CL. Hơn nữa, vì các linh kiện điện tử luôn có thời gian đáp ứng chuyển mạch nên thời gian chuyển mạch của bóng bán dẫn điện phải tính đến thời gian đáp ứng này. Ngược lại, nếu cánh tay trên (hoặc cánh tay dưới) không được đóng hoàn toàn trước khi cánh tay dưới (hoặc cánh tay trên) được mở ra thì sẽ xảy ra hiện tượng đoản mạch khiến bóng bán dẫn điện bị cháy.

Khi động cơ bắt đầu quay, bộ điều khiển sẽ so sánh (hoặc tính toán thông qua phần mềm) lệnh (bao gồm tốc độ do người lái đặt và tốc độ tăng/giảm tốc) với tốc độ thay đổi của tín hiệu cảm biến Hall-để xác định nên bật nhóm công tắc nào (AH, BL, AH, CL, BH, CL hoặc ...) và trong bao lâu. Nếu tốc độ không đủ thì thời gian-đúng giờ sẽ lâu hơn; nếu tốc độ quá cao thì thời gian-đúng giờ sẽ ngắn hơn. Phần hoạt động này được xử lý bởi PLC. PWM (Điều chế độ rộng xung) xác định tốc độ của động cơ và việc tạo ra các xung như vậy là chìa khóa để đạt được khả năng kiểm soát tốc độ chính xác.

Điều khiển-tốc độ cao phải xem xét liệu độ phân giải đồng hồ của hệ thống có đủ để xử lý thời gian xử lý hướng dẫn phần mềm hay không. Hơn nữa, cách truy cập các thay đổi tín hiệu cảm biến Hall-cũng ảnh hưởng đến hiệu suất, độ chính xác và hiệu suất-của bộ xử lý theo thời gian thực. Để điều khiển tốc độ-thấp, đặc biệt là khởi động ở tốc độ-thấp, tín hiệu cảm biến Hall-sẽ thay đổi chậm hơn. Do đó, phương pháp thu tín hiệu, thời gian xử lý và cấu hình thích hợp các thông số điều khiển dựa trên đặc tính của động cơ trở nên quan trọng. Ngoài ra, phản hồi tốc độ có thể được sửa đổi để sử dụng các thay đổi của bộ mã hóa làm tham chiếu, tăng độ phân giải tín hiệu để kiểm soát tốt hơn. Động cơ vận hành êm ái và phản hồi tốt còn phụ thuộc vào sự phù hợp của bộ điều khiển PID. Như đã đề cập trước đó, động cơ DC không chổi than sử dụng điều khiển vòng lặp kín; do đó, tín hiệu phản hồi sẽ cho bộ điều khiển biết tốc độ động cơ cách tốc độ mục tiêu bao xa-đây là lỗi. Biết lỗi cần phải bù, điều này có thể đạt được thông qua các phương pháp điều khiển kỹ thuật truyền thống như điều khiển PID. Tuy nhiên, trạng thái và môi trường được kiểm soát thực sự rất phức tạp và dễ thay đổi. Nếu cần phải có sự kiểm soát mạnh mẽ và bền bỉ thì các yếu tố cần được xem xét có thể nằm ngoài khả năng kiểm soát hoàn toàn của kiểm soát kỹ thuật truyền thống. Vì vậy, điều khiển mờ, hệ chuyên gia và mạng nơ ron cũng sẽ được đưa vào các lý thuyết quan trọng của điều khiển PID thông minh.