AD2S1205'e dayalı çözücü kod çözme sisteminin tasarımı
0 Önsöz
Kalıcı mıknatıslı senkron motor, çoğunlukla daha yüksek kontrol doğruluğu gereksinimleri olan durumlarda kullanılan sinüs dalgası geri elektromotor kuvvetine sahip bir DC fırçasız motordur. Bu tip motorların fırçaları yoktur, bu da kısa bakım periyodunu, yüksek arıza oranını ve fırçalanmış motorların elektromanyetik girişimini önler. Bununla birlikte, normal komutasyon ve hız kontrolünü elde etmek için, sabit mıknatıslı bir senkron motor, motor rotorunun konum bilgisini ve hız bilgisini elde etmek için bir rotor konum sensörüne ihtiyaç duyar.
Yaygın olarak kullanılan rotor konum sensörleri arasında fotoelektrik kodlayıcılar, Hall tipi konum sensörleri ve çözücüler bulunur. Bunlar arasında çözücü, güçlü şok direnci, yüksek hassasiyet, yüksek sıcaklık direnci, nem direnci ve uzun ömür gibi avantajlara sahiptir ve otomobiller gibi kötü çalışma ortamlarına sahip yerler için uygundur. Bununla birlikte, çözücü bir analog sinyal çıkarır ve ana kontrol çipi, rotor konum bilgisini doğrudan okuyamaz Analog sinyali bir dijital sinyale dönüştürmek için bir kod çözme devresinin tasarlanması gerekir. Bu nedenle, bu kağıt, adanmış çözücü şifre çözücü yongası AD2S1205'e dayalı bir çözücü şifre çözme sistemi tasarlar ve deneyler yoluyla sistemin yazılım ve donanım performansını doğrular.
İsteksizlik çözücü esas olarak bir stator ve bir rotordan oluşur Çözücü stator, bir uyarma giriş sargısı ve iki fazlı bir çıkış sargısı ile sarılır Çözücü rotor, bobin bobinleri olmadan motor çıkış şaftına koaksiyel olarak bağlanan özel şekilli bir demir çekirdekten oluşur. Stator ve rotor doğrudan temas halinde değil. Resolver çalışırken uyarma bobini sabit frekanslı sinüzoidal bir voltaj geçirir Resolver rotorunun çıkıntılı kutup etkisi nedeniyle, rotor pozisyonunun değişmesiyle iki fazlı çıkış sargısının voltaj genliği değişir ve iki fazlı çıkış sargı voltajının faz farkı 90 ° 'dir. . İki fazlı çıkış sargılarının voltajını çözmek için çözücü kod çözme sistemi aracılığıyla, bu zamanda motor rotorunun konum bilgisi elde edilebilir.
Relüktans çözümleyicinin elektrik yapısının şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir, burada alan sargısı giriş voltajı ve iki fazlı çıkış sargı voltajı aşağıdaki matematiksel ilişkiye sahiptir.
Uyarma sargısının giriş voltajı:
Bunlar arasında E, uyarma sargısının giriş voltajı genliğidir, f, uyarma sargısının giriş voltajı frekansıdır.
İki fazlı çıkış sargı voltajları şunlardır:
Bunlar arasında K, çıkış voltajının kazanç katsayısıdır ve , rotorun elektrik açısıdır.
İki fazlı çıktı sargı voltajları, sırasıyla rotor pozisyonuyla ilgili sinüs fonksiyonu ve kosinüs fonksiyonudur Kod çözme sistemi, çıkış sargı voltajını toplar ve kod çözme hesaplaması yoluyla, motor dönüş açısının pozisyon bilgisi elde edilebilir.
2 donanım tasarımı
Bu tasarımda, elektronik devre donanımı AD şirketinin adanmış kod çözücü yongası AD2S1205'e dayanmaktadır Periferik devreler esas olarak çözücü uyarma devresini, çözücü çıkış sinyal koşullandırma devresini ve kod çözme sistemi ile mikro denetleyici arasındaki iletişim arayüz devresini ve güç kaynağı devresini içerir.
2.1 AD2S1205'in çalışma prensibi
AD2S1205, 12 bit çözünürlüğe sahip özel bir çözücü kod çözücü çipidir.İç yapısı, 4 adet programlanabilir sinüs dalgası üreteci, Tip II izleme döngüsü, hata tespit devresi ve veri arayüzü içerir.İç yapının şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmiştir. Göstermek. Frekans seçim pinleri (FS1 ve FS2 pinleri) kullanılarak uyarma frekansı kolaylıkla 10 kHz, 12 kHz, 15 kHz veya 20 kHz olarak ayarlanabilir Bu tasarımda sinüs dalgası uyarma frekansı 10 kHz'dir. AD2S1205, sinüs ve kosinüs giriş sinyallerini izlemek için Tip II izleme döngüsü kullanır ve sinüs ve kosinüs giriş terminallerinin bilgilerini giriş açısal pozisyonuna veya açısal hıza karşılık gelen dijital büyüklüklere dönüştürür.Maksimum izleme hızı 1250 rps'dir.
Tip II izleme kapalı döngüsünün özel ilkesi aşağıdaki gibidir: AD2S1205 tarafından üretilen çıkış açısı () geri beslenir ve şaft açısını () izlemek için giriş açısı (, motor elektrik açısı) ile karşılaştırılır; iki açı arasındaki fark hatadır , Dönüştürücü giriş açısını doğru takip ederse, değer sıfır olma eğilimindedir. Hatayı ölçmek için S1-S3'ü sin ile ve S2-S4'ü cos ile çarpın.
KE · (-), rotorun açı hatası ile dönüştürücünün dijital açı çıkışı arasındaki farktır ve hata sinyali, kod çözücü çipinin içindeki kapalı döngü sistemi ile sıfırlanabilir. Hedefe ulaşıldığında, dönme açısına eşittir ve açı izleme elde edilir.
2.2 Çevresel devre
Çözücü uyarma sargısına yüksek frekanslı ve kararlı sinüs dalgası uyarımı sağlamak ve çözümleyici tarafından çıkan sinüs ve kosinüs sinyal çıkışlarının kod çözme çipinin giriş gereksinimlerini karşılamasını sağlamak için, tek çipli mikrobilgisayarın kod çözme çipinden çıkardığı açısal konum / açısal hız sinyallerinin yeterli sürüş kabiliyetine sahip olmasını sağlamak için, AD2S1205'in en küçük sisteminin çevresel devresi tasarlanmıştır. Şekil 3'te gösterildiği gibi, çevresel devre esas olarak bir uyarma devresi, bir sinyal iyileştirme devresi ve bir sinyal tahrik devresinden oluşur.
Uyarma devresinin tasarımı, AD2S1205'in uyarma sargısına yönelik tahrik gücünü dikkate almalı ve sinüzoidal uyarma sinyalinin kazancını hesaba katmalıdır.Aynı zamanda, tahrik çipinin çıkış sinyali filtrelenmeli ve denoize edilmelidir. Şekil 4, EXC ve AD2S1205 uyarma sinyali çıkış pinlerinde gösterildiği gibi, uyarma sinyali, 2,5 V'luk bir merkez voltajı ve 3,6 V'luk bir tepe voltajı olan bir sinüs dalgası sinyalidir.İki pin, 7,2 V'luk bir tepe voltajı ile bir diferansiyel sinyal üretecektir. Bu tasarımda, çözücü oranı 0.286'dır.Esitleme devresi birim kazancı ise, çözücüden kod çözücü çipine giden sinüs ve kosinüs sinyal çıkışının tepe değeri, kod çözücü çipinin giriş voltajı gereksinimlerini karşılayamayan yalnızca 2 V'tur (izin verilen giriş voltajı 3,15 V ± % 27), bu nedenle çift güç işlemsel yükseltici TCA0372DM, uyarma sinyalini yükseltmek için kullanılır.
Uygulamada, motor açısal yer değiştirme / açısal hız ve çözücü çıkış sinyali ideal bir sin-kosinüs ilişkisine sahip değildir.Sinyalde gürültü paraziti ve ortak mod paraziti olacaktır.Bu nedenle, resolver çıkış terminalini AD2S1205 giriş terminaline COS, COSLO, SIN, SINLO bağlamak mümkün değildir. Doğrudan bağlayın ve ortada bir sinyal koşullandırma devresi tasarlayın. Şekil 5'te gösterildiği gibi, çözücü çıkış sinyali COSLOIN, COSIN, SINLOIN ve SININ aracılığıyla sinyal koşullandırma devresine girilir ve ardından filtreleme ve gürültüden arındırma işleminden sonra kod çözme çip portuna çıkar.
3 yazılım tasarımı
Çözümleyicinin açısal konum bilgisini doğru bir şekilde okumak ve görüntülemek ve motorun açısal hızının hesaplanmasını hesaba katmak için, çözümleyici kod çözme sistemi yazılımı MCS12DG128 platformunda tasarlanmıştır. Yazılım tasarımı özellikle MCU başlatma, yazılım filtreleme, açısal konum bilgisi hesaplaması, açısal hız bilgisi hesaplaması ve CAN iletişimini içerir.
Şekil 6'da gösterildiği gibi, programın başlangıcında mikro denetleyiciyi başlatın, veriyolu frekansını 32 MHz'e ayarlayın, 12 yollu G / Ç bağlantı noktasını giriş moduna ayarlayın ve zamanlayıcı kesinti döngüsünü 1 ms'ye ayarlayın. AD2S1205 kod çözme ile elde edilen açısal konum sinyali, tek yongalı mikrobilgisayarın G / Ç bağlantı noktasına 12 paralel bağlantı noktasından girilir ve 0 2 aralığındaki elektrik açısı hesaplamadan sonra elde edilir. Kararlı ve doğru elektriksel açı bilgisi elde etmek için bir medyan filtre algoritması tasarlanarak elektriksel açı sinyali yazılımla filtrelenir ve filtrelenmiş elektriksel açı bilgisine göre motorun komutasyon sırası belirlenir. Şekil 7'de gösterildiği gibi, açısal konum hesaplanırken, AD2S1205 tarafından kodu çözülen açısal konum bilgisi, motor hızını hesaplar ve medyan filtre işlemini gerçekleştirir.
4 test
4.1 Test platformu
Test platformunun tasarımında, esas olarak kullanılan ekipman şunları içerir: DC anahtarlama güç kaynağı, MCS12DG128 geliştirme kartı, kalıcı mıknatıslı senkron motor (relüktans çözümleyicili), motor sürücü kartı, AutoBox ve ana bilgisayar. Şekil 8'de gösterildiği gibi, anahtarlamalı güç kaynağı açıldıktan sonra geliştirme kartı, motorun elektriksel açı bilgisini çözücü şifre çözücü kartından alır ve elektriksel açı bilgisine göre altı PWM sinyali çıkarır, motor sürücü kartını komuta etmek için kontrol eder ve ardından motoru çalıştırır.
4.2 Test sonuçlarının analizi
Motor sürücü kartına testin başlamasından 1 saniye sonra enerji verilir, PWM görev döngüsü 0,1'de sabitlenir, frekans 20 kHz'dir ve motor sabit bir hızda çalışır. Şekil 9, motorun elektriksel açı değişimini göstermektedir.Motor saat yönünün tersine döndüğünden, elektrik açısı döngüsel olarak 6.28'den 0'a değişir; elektrik açısı motor titreşimi, donanım gürültüsü vb. Tarafından etkilenir ve sabit eğimli düz bir çizgi değildir. Şekil 10, motor hızının 1 sn'de 0 dev / dak'dan hızla yükseldiğini ve yaklaşık 0,3 sn sonra yaklaşık 460 dev / dk'da sabitlendiğini göstermektedir. Test sonuçları, tasarlanan çözücü kod çözme sisteminin motoru etkili bir şekilde çalıştırabildiğini ve gerçek zamanlı olarak motor hız bilgisini verebileceğini göstermektedir.
5. Sonuç
Bu makale, manyeto dirençli çözücünün çalışma prensibini analiz eder ve çözücü kod çözme sistemini AD2S1205 kod çözücü çipine dayalı olarak tasarlar ve son olarak deneysel testleri gerçekleştirir. Test sonuçları, tasarlanan çözücü kod çözme sisteminin motor çalışması için elektriksel açı sinyalleri sağlayabildiğini ve motor çalışma gereksinimlerini karşılamak için gerçek zamanlı olarak hız bilgilerini hesaplayabildiğini göstermektedir.
Referanslar
Mei Lei. Çözümleyiciye göre PMSM sürücü sisteminin konumunu ve hızını elde edin Hefei: Hefei University of Technology, 2013.
Chen Jiushan.EPS Sisteminde Kalıcı Mıknatıslı Senkron Motorun Tork Dalgalanması Bastırması Araştırması Hefei: Hefei Teknoloji Üniversitesi, 2016.
Chen Shouyu. Sabit mıknatıslı senkron motora dayalı EPS kontrol stratejisi tasarımı ve deneysel araştırma Hefei: Hefei University of Technology, 2014.
Guomingyu A4 platformu C-EPS sabit mıknatıslı fırçasız motor tasarımı Shenyang: Shenyang Teknoloji Üniversitesi, 2015.
Zhou Yaming Yeni bir isteksizlik çözümleyicinin ve kod çözme devresinin araştırılması ve tasarımı Changsha: Hunan Üniversitesi, 2013.
Zhu Xianhui. İsteksizlik çözümleyicinin çalışma prensibi ve uygulaması. Jiangsu Science and Technology Information, 2017 (25): 35-36.
Zhou Kai, Jiao Wenliang, Wang Zhihong ve diğerleri. İsteksizlik çözümleyicinin sargı yapısı analizi. Bilgi Teknolojisi, 2013 (1): 61-65.
yazar bilgileri:
Li Yulong, Pi Dawei, Yan Mingshuai
(Makine Mühendisliği Okulu, Nanjing Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Nanjing 210094, Jiangsu)
