Het principe van gelijkstroommotoren

Het besturingsprincipe van een borstelloze gelijkstroommotor is als volgt: Om de motor te laten draaien, moet de besturingseenheid eerst de positie van de motorrotor bepalen op basis van de Hall-sensor. Vervolgens bepaalt het, afhankelijk van de statorwikkelingen, de volgorde waarin de vermogenstransistoren in de omvormer worden in- (of uitgeschakeld). De AH-, BH- en CH-transistors (de zogenaamde bovenarm-vermogenstransistors) en de AL-, BL- en CL-transistors (de zogenaamde onderarm-vermogenstransistors) in de omvormer laten sequentieel stroom door de motorspoelen stromen, waardoor een met de klok mee (of tegen de klok in) roterend magnetisch veld wordt gegenereerd. Dit magnetische veld werkt samen met de magneten van de rotor, waardoor de motor met de klok mee/tegen de klok in draait. Wanneer de motorrotor naar een positie draait waar de Hall-sensor nog een reeks signalen waarneemt, schakelt de besturingseenheid de volgende reeks vermogenstransistoren in. Deze cyclus gaat door, waardoor de motor in dezelfde richting kan draaien totdat de besturingseenheid besluit de motorrotor te stoppen, op welk punt de vermogenstransistors worden uitgeschakeld (of alleen de vermogenstransistoren van de onderarm worden ingeschakeld). Om de rotorrichting om te keren, worden de vermogenstransistors in omgekeerde volgorde ingeschakeld.

Het basisschakelpatroon voor vermogenstransistoren kan als volgt worden geïllustreerd: AH, BL → AH, CL → BH, CL → BH, AL → CH, AL → CH, BL. Het is echter absoluut verboden om ze om te schakelen naar AH, AL, BH, BL of CH, CL. Omdat elektronische componenten altijd een schakelresponstijd hebben, moet de schakeltijd van de vermogenstransistors bovendien rekening houden met deze responstijd. Anders zal er kortsluiting optreden als de bovenarm (of onderarm) niet volledig gesloten is voordat de onderarm (of bovenarm) geopend wordt, waardoor de vermogenstransistor doorbrandt.

Wanneer de motor begint te draaien, vergelijkt de besturingseenheid (of berekent via software) het commando (bestaande uit de door de bestuurder ingestelde snelheid en de acceleratie-/deceleratiesnelheid) met de veranderingssnelheid van het hall-sensorsignaal om te bepalen welke groep schakelaars (AH, BL, AH, CL, BH, CL of ...) moet worden ingeschakeld, en voor hoe lang. Als de snelheid onvoldoende is, is de aan-tijd langer; als de snelheid te hoog is, is de aan-tijd korter. Dit deel van de bewerking wordt afgehandeld door PWM. PWM (Pulse Breedte Modulatie) bepaalt de snelheid van een motor, en het genereren van een dergelijke PWM is de sleutel tot een nauwkeurige snelheidsregeling.

Bij hoge-snelheidscontrole moet rekening worden gehouden met de vraag of de klokresolutie van het systeem voldoende is om de verwerkingstijd van software-instructies te verwerken. Bovendien beïnvloedt de manier waarop Hall-sensorsignaalwijzigingen worden benaderd ook de processorprestaties, nauwkeurigheid en real-prestaties. Voor lage- snelheidsregeling, vooral bij lage- starts, verandert het Hall- sensorsignaal langzamer. Daarom worden de signaalverwervingsmethode, de verwerkingstijd en de juiste configuratie van besturingsparameters op basis van motorkarakteristieken cruciaal. Als alternatief kan de snelheidsfeedback worden aangepast om encoderwijzigingen als referentie te gebruiken, waardoor de signaalresolutie wordt verhoogd voor een betere controle. Een soepele werking van de motor en een goede respons zijn ook afhankelijk van de geschiktheid van de PID-regeling. Zoals eerder vermeld, gebruiken borstelloze gelijkstroommotoren gesloten-lusregeling; daarom vertelt het feedbacksignaal de besturingseenheid hoe ver de motorsnelheid verwijderd is van de doelsnelheid.-Dit is de fout. Het kennen van de fout vereist compensatie, die kan worden bereikt via traditionele technische controlemethoden zoals PID-regeling. De toestand en het milieu onder controle zijn echter feitelijk complex en veranderlijk. Als robuuste en duurzame controle vereist is, vallen de factoren waarmee rekening moet worden gehouden waarschijnlijk buiten de volledige controle van traditionele technische controle. Daarom zullen vage controle, expertsystemen en neurale netwerken ook worden opgenomen in de belangrijke theorieën van intelligente PID-controle.