مبدأ محركات التيار المستمر

مبدأ التحكم في محرك DC بدون فرش هو كما يلي: لجعل المحرك يدور، يجب أن تحدد وحدة التحكم أولاً موضع دوار المحرك بناءً على مستشعر Hall-. بعد ذلك، وفقًا لملفات الجزء الثابت، يتم تحديد التسلسل الذي يتم من خلاله تشغيل (أو إيقاف تشغيل) ترانزستورات الطاقة في العاكس. تتدفق ترانزستورات AH وBH وCH (تسمى ترانزستورات طاقة الذراع العلوي) وترانزستورات AL وBL وCL (تسمى ترانزستورات طاقة الذراع السفلي) في العاكس بالتيار التتابعي عبر ملفات المحرك، مما يولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا في اتجاه عقارب الساعة (أو عكس - اتجاه عقارب الساعة). يتفاعل هذا المجال المغناطيسي مع مغناطيس الدوار، مما يتسبب في دوران المحرك في اتجاه عقارب الساعة/عكس اتجاه عقارب الساعة-. عندما يدور دوار المحرك إلى موضع يستشعر فيه مستشعر Hall -مجموعة أخرى من الإشارات، تقوم وحدة التحكم بتشغيل المجموعة التالية من ترانزستورات الطاقة. تستمر هذه الدورة، مما يسمح للمحرك بالدوران في نفس الاتجاه حتى تقرر وحدة التحكم إيقاف دوار المحرك، وعند هذه النقطة يتم إيقاف تشغيل ترانزستورات الطاقة (أو يتم تشغيل ترانزستورات الطاقة الموجودة بالذراع السفلي فقط). لعكس اتجاه الدوار، يتم تشغيل ترانزستورات الطاقة بالتسلسل العكسي.

يمكن توضيح نمط التبديل الأساسي لترانزستورات الطاقة على النحو التالي: AH، BL → AH، CL → BH، CL → BH، AL → CH، AL → CH، BL. ومع ذلك، يُمنع تمامًا تبديلها إلى AH، AL، BH، BL، أو CH، CL. علاوة على ذلك، نظرًا لأن المكونات الإلكترونية لها دائمًا وقت استجابة للتبديل، فإن وقت تبديل ترانزستورات الطاقة يجب أن يأخذ وقت الاستجابة هذا في الاعتبار. بخلاف ذلك، إذا لم يتم إغلاق الذراع العلوي (أو الجزء السفلي) بالكامل قبل فتح الذراع السفلي (أو الجزء العلوي)، فستحدث دائرة كهربائية قصيرة، مما يتسبب في احتراق ترانزستور الطاقة.

عندما يبدأ المحرك في الدوران، تقارن وحدة التحكم (أو تحسب عبر البرنامج) الأمر (الذي يتكون من السرعة التي يحددها السائق ومعدل التسارع/التباطؤ) مع سرعة تغيير إشارة مستشعر القاعة- لتحديد مجموعة المفاتيح (AH، أو BL، أو AH، أو CL، أو BH، أو CL، أو ...) التي يجب تشغيلها وإلى متى. إذا كانت السرعة غير كافية، فسيكون وقت التشغيل-أطول؛ إذا كانت السرعة زائدة، يكون وقت التشغيل-أقصر. تتم معالجة هذا الجزء من العملية بواسطة PWM. يحدد PWM (تعديل عرض النبض) سرعة المحرك، ويعد توليد PWM هذا أمرًا أساسيًا لتحقيق التحكم الدقيق في السرعة.

يجب أن يأخذ التحكم في السرعة العالية- في الاعتبار ما إذا كانت دقة ساعة النظام كافية للتعامل مع وقت معالجة تعليمات البرنامج. علاوة على ذلك، فإن الطريقة التي يتم بها الوصول إلى تغييرات إشارة مستشعر Hall- تؤثر أيضًا على أداء المعالج ودقته وأدائه في الوقت الفعلي-. بالنسبة للتحكم في السرعة المنخفضة-، وخاصة البدء بسرعة-منخفضة، تتغير إشارة مستشعر Hall-ببطء أكبر. ولذلك، فإن طريقة الحصول على الإشارة، وتوقيت المعالجة، والتكوين المناسب لمعلمات التحكم بناءً على خصائص المحرك تصبح حاسمة. وبدلاً من ذلك، يمكن تعديل ردود الفعل السريعة لاستخدام تغييرات التشفير كمرجع، مما يزيد من دقة الإشارة من أجل تحكم أفضل. يعتمد التشغيل السلس للمحرك والاستجابة الجيدة أيضًا على مدى ملاءمة التحكم PID. كما ذكرنا سابقًا، تستخدم محركات التيار المستمر بدون فرش التحكم في الحلقة-المغلقة؛ ولذلك فإن إشارة التغذية المرتدة تخبر وحدة التحكم بمدى بعد سرعة المحرك عن السرعة المستهدفة-وهذا هو الخطأ. إن معرفة الخطأ يتطلب التعويض، وهو ما يمكن تحقيقه من خلال طرق التحكم الهندسية التقليدية مثل التحكم PID. ومع ذلك، فإن الحالة والبيئة الخاضعة للسيطرة معقدة في الواقع وقابلة للتغيير. إذا كانت هناك حاجة إلى تحكم قوي ودائم، فمن المحتمل أن تكون العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار خارجة عن السيطرة الكاملة للتحكم الهندسي التقليدي. لذلك، سيتم أيضًا دمج التحكم الغامض والأنظمة المتخصصة والشبكات العصبية في النظريات المهمة للتحكم الذكي PID.