Cego dirigindo um motor DC sem escova BLDC

Estou pensando em criar um controlador BLDC com um MCU e leio o atmel guide AVR444, que descreve um projeto e um software necessários para um driver controlado por tempo de sensor back-emf sem sensor.

Estou ampliando minha compreensão do assunto. A aplicação que estou procurando é para um quadcopter RC, portanto o nível de precisão da velocidade não é crítico, desde que o impulso geral possa variar com uma resposta bastante rápida. A carga também não vai variar muito. O motor será trifásico (enrolamentos Y), em torno de 5-10V, <10A, imagino.

Entendo o conceito de back-emf nos enrolamentos flutuantes para sincronizar a rotação do campo elétrico. No entanto, também entendo que o torque experimentado no rotor é proporcional à diferença de rotação entre o campo elétrico e o campo permanente do rotor. Portanto, o rotor geralmente fica um pouco atrás, causando torque para forçá-lo a tentar alcançá-lo.

A nota do aplicativo AVR444 projeta o software para fazer com que o motor fique cego (usando um tempo fixo) para começar, e acelere-o até um ponto e deixe o software de controle back-emf assumir o controle. Isso faz todo o sentido para mim, mas o que me interessa é qual é a limitação de conduzir o motor às cegas?

Desde que não exista uma grande diferença entre a velocidade de rotação do rotor e a velocidade de rotação do campo elétrico, o torque acelerará o rotor e forçará a coincidir com o campo elétrico. Como o campo elétrico é controlado pelo software, qual seria o problema de conduzir cegamente o campo elétrico e assumir que o rotor continuasse? É provável que deslize as rotações de vez em quando, mas a velocidades razoavelmente altas (1000 a 5000rpm) e com algum grau de inércia, isso certamente será medido em média? Se a velocidade variar em, digamos, 100rpm para trás e para a frente, não estou muito preocupado.

Usando uma tensão fixa para o acionamento do motor e uma frequência de rotação fixa, espero que a corrente nos enrolamentos varie com a quantidade de torque necessária para o rotor acompanhar o ritmo da rotação elétrica. Um limitador de corrente na fonte de alimentação pode parar qualquer coisa muito louca.

Pensamentos? Sei que o método preferido é usar back-emf em um loop de controle, mas estou procurando uma idéia sobre quais seriam as limitações de não usar um loop de controle e dirigir cegamente um motor BLDC.

EDIT: Além de ser um ponto de pesquisa interessante, também tem uso prático. A condução cega de motores BLDC é uma tarefa bastante trivial, que um único MCU de controle poderia executar. O projeto atual que estou examinando exige pequenos MCUs separados para executar circuitos de controle apertados por motor. Em um projeto com 4 motores (possivelmente mais), é a diferença entre 1 e 5 MCUs na placa.

brushless-dc-motor

— Oliver
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"De relance", eu diria que você sofreria severamente uma perda de desempenho sobre o controle adequado. O motivo da inicialização do loop aberto é que não há feedback disponível - ao contrário dos sistemas baseados em sensores nos quais você fechou o controle desde o estacionário. Com o feedback back-emf de loop fechado, você pode acionar o motor para atingir o máximo desempenho possível, permitindo que o ângulo entre os campos de acionamento e acionado aumente até algum limite que você decidir que não causará derrapagem. sem retorno, você não tem idéia do que o rotor está fazendo. ...

— Russell McMahon

... Comentário: Eu brinquei com o controle motor BLDC há cerca de 2 anos, com pouca experiência prática desde então. Meus comentários são baseados em lembranças práticas, mas desbotadas | Cavando na memória do passado: não se trata apenas de "deslizar rotações", o que implica uma movimentação contínua na direção desejada. Quando você desliza, a direção do inversor inverte e o rotor está sujeito a forças de desaceleração. Como o campo continua a girar em relação ao rotor você entrará em uma região de unidade para a frente e, em seguida, se ainda deslizando movimento na unidade inversa novamente etc ...

— Russell McMahon

... O motor pode sincronizar-se bem e rapidamente, mas não pode. Você é suscetível a obter rajadas de oscilação da unidade cada vez que escorrega. | Duvido que seja realmente uma decisão de 1 ou 5 MCU - se você valorizou ter um MCU com motores remotos, isso seria possível. Porém, o custo de um MCU é absolutamente mínimo em comparação com todos os outros custos e a replicação de um design adequado várias vezes custa apenas hardware barato.

— Russell McMahon

Eu entendi seu ponto. Ao deslizar uma rotação, ela não pára por inércia até a próxima - ele experimentará um torque negativo, causando desaceleração, podendo causar oscilações.

— Oliver

@ Oliver: Não é bem assim. Uma vez que desliza, seu torque médio repentinamente chega a zero e o motor pára completamente. Você basicamente não pode se recuperar sem outro feedback. Pense no que é um deslize. Você tentou dirigir o motor mais rápido do que podia. No curto prazo, haverá torque negativo, para que as coisas piorem. Não há mecanismo para acelerar o motor e sincronizá-lo novamente. Por que não usar sensores Hall? Isso permitiria uma unidade eficiente, o que importa ao ficar com a bateria.

— amigos estão dizendo sobre

Respostas:

Conduzir um motor cego é uma má ideia por vários motivos:

É ineficiente. A maneira mais eficiente de acionar o motor é o campo magentic estar 90 ° à frente do rotor. Em outras palavras, o torque no rotor é o produto cruzado do campo magnético de acionamento e a orientação magnética do rotor.

Com o feedback da posição, o campo magnético pode ser mantido próximo ao ângulo ideal, o que significa que a corrente vai realmente empurrar o motor em vez de mantê-lo no lugar. Em outras palavras, a amplitude é exatamente o que precisa ser para manter o motor girando na velocidade desejada na configuração de torque máximo. Quando você não sabe onde está o rotor, você acaba sobrecarregando o motor.

Outra maneira de analisar isso é que o campo acionador possui um componente seno e cosseno. Digamos que o cosseno é a parte 90 ° à frente do rotor e a parte senoidal é onde o rotor está atualmente. Qualquer ângulo de fase pode ser considerado apenas uma mistura diferente dos componentes seno e cosseno. No entanto, apenas o componente cosseno move o motor. O componente senoidal causa apenas aquecimento e representa energia desperdiçada.
Depois de soltar o bloqueio, o jogo acaba. Com um acionamento fixo, o ângulo de acionamento estará apenas um pouco à frente do rotor com baixo torque. À medida que a velocidade aumenta (e a tensão efetiva do inversor diminui automaticamente devido ao EMF de retorno) ou a carga aumenta, o inversor fixo fica 90 ° à frente do rotor.

No entanto, neste ponto, ele está no limite e qualquer alteração causará menos torque. Se a carga no motor aumentar, o rotor ficará mais de 90 ° para trás, o que causa menos torque, o que faz com que fique ainda mais para trás. Durante os próximos 1/4 de escorregamento, o torque para a frente diminuirá para zero. Então, para a próxima meia volta depois disso, o torque de acionamento realmente empurra o rotor para trás.

Neste ponto, você está totalmente ferrado. Lembre-se de que você entrou nessa situação em primeiro lugar porque o torque de acionamento não conseguiu acompanhar a carga e você acabou de experimentar um acionamento negativo líquido nos últimos 3/4 de turno. Se a carga for removida repentinamente e se você tiver muita sorte, o rotor poderá acelerar para sincronizar com o inversor no próximo 1/4 de ciclo, mas certamente não se houver qualquer condição que tenha causado o problema. ainda presente.

Uma vez que o rotor fica fora de sincronia, o torque líquido em qualquer rotação é 0. O produto de duas ondas senoidais de frequência diferente fica em média sempre igual a 0, independentemente do ângulo de fase entre elas.

— Olin Lathrop
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Vale a pena notar que, embora os motores de passo e os motores sem escova sejam conceitualmente muito semelhantes, e os primeiros são geralmente construídos para que possam dissipar com segurança 100% da potência operacional nominal como calor, a maioria dos motores sem escova não pode ser tratada com segurança dessa maneira?

— supercat

@ Olin bem, depois de todos esses anos, a movimentação sem sensor ou cega ainda é grosseira inferior. Eu não fiz nenhum trabalho sobre isso, então eu acho que você está correto +1. Eu lembro de quando eu tinha cabelo e não estava acima do peso, um colega de faculdade seus mestres. Isso foi em 1986, quando eu tinha um posto de pesquisa e estava repetindo um curso de sistemas de controle. Eu mostrei minhas coisas e ele me mostrou a configuração do motor BLDC. Eu não o ajudei, era tudo micro. O que ele fez foi adequado para uma máquina de lavar. Não foi perfeito. Surpreende-me que, depois de todos esses anos, a movimentação cega não tenha sido aperfeiçoada.

— Autistic

@Aut: o sensorless e o drive cego são totalmente diferentes. Sem sensor é uma maneira diferente de inferir a posição do rotor, mas ainda usa a posição assumida para acionar o motor. O Sensorless pode funcionar muito bem se implementado corretamente.

— amigos estão dizendo sobre

portanto, o nível de precisão da velocidade não é crítico, desde que o impulso geral possa variar com uma resposta bastante rápida

não exatamente como funciona, basta pesquisar no Google como os novos escs para quadcopters vão além do servo-padrão pwm por motivos de velocidade e precisão.

Em segundo lugar, o "start às cegas" tem o único objetivo de fazer o rotor mover-se aleatoriamente, mas em movimento, de modo que sua posição inicial possa ser determinada pela fem posterior que induz

Lembre-se também de que os BLDC são motores síncronos, o "deslizamento" não tem um grande lugar aqui. Grandes recursos para aprender a teoria "matemática", mas fundamental, de uma maneira "humana" podem ser encontrados nos fóruns da "esfera sem fim" :-)

— Caterpillaraoz
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