Hogyan befolyásolják a rendszer késleltetései és a magas átvitelű szűrők a motorok helyzetmeghatározásának pontosságát?

A mágneses aktorok vezérlésében a motorok helyzetének meghatározása kulcsfontosságú szerepet játszik, különösen azokban az alkalmazásokban, amelyek precíz mozgásvezérlést igényelnek, mint például a robotikában. A különböző indukált áramkomponensek, mint a pozitív és negatív szekvenciák, alapvetően fontosak a helyzetmeghatározásban. Az alábbiakban részletesen bemutatásra kerülnek azok a jelenségek, amelyek a rendszer késleltetése és a magas átvitelű szűrők alkalmazása során jelentkezhetnek, és amelyek hatással vannak az indukált áramok fázisára és a motor helyzetének meghatározására.

A rendszer késleltetése olyan problémákat okozhat, amelyek az indukált áram fázisának csúszásához vezetnek, és ez a motor forgásának pozicionálásában hibákat eredményezhet. A késleltetés hatásai az indukált áramban egy fáziseltolódást generálnak, amely az ideális és a tényleges indukált áram között eltérést okoz. Az áram fázisa és a rendszer késleltetése közötti kapcsolat az egyenletekben is megjelenik, például a HRSI (High Frequency Rotor-Synchronous Injection) rendszerben, ahol a fáziseltolódás mértéke befolyásolja a helyzetmeghatározás pontosságát.

Ezen kívül a magas átvitelű szűrők, mint a diszkrét digitális magas átvitelű szűrők (DHPF), amelyek a nagyfrekvenciás jelek kiszűrésére szolgálnak, szintén hibákat vezethetnek be az áram fázisában. A DHPF alkalmazása szűrők esetén a fáziselmozdulásokat eredményezhet, amelyek a motor helyzetének meghatározásában hibákat okozhatnak. A DHPF használatának elemzésénél különböző paraméterek és típusok alapján megvizsgálták a fáziseltolódásokat, amelyek a különböző mintavételi frekvenciák és szűrőtípusok függvényében jelentkeznek. A kutatás során a FIR és IIR szűrők hatását vizsgálták, figyelembe véve a mintavételi frekvenciák változásait, amelyek befolyásolják a fáziseltolódást.

A magas átvitelű szűrők (DHPF) alkalmazásakor a fáziseltolódás nemcsak a szűrő típusától függ, hanem az alkalmazott mintavételi frekvenciától és az injektált jel frekvenciájától is. A kutatás során megfigyelték, hogy a FIR szűrő lineáris kapcsolatot mutat az injektált jel frekvenciájával, míg az IIR szűrőnél nem tapasztalható egyértelmű lineáris kapcsolat. A DHPF-ek fáziseltolódása és a rendszer késleltetése együttesen jelentős hatást gyakorol a helyzetmeghatározásra, és ha nem megfelelően kompenzálják őket, akkor a motor helyzetének meghatározása pontatlan lehet.

Fontos megérteni, hogy a késleltetés és a szűrők alkalmazásából adódó fázishibák közvetlen hatással vannak a motor működésére. A pontos helyzetmeghatározás érdekében a motorvezérlő rendszereknek figyelembe kell venniük a késleltetéseket és a szűrők hatását. Különböző kompenzációs módszerek, például offline kompenzáció, alkalmazhatók, de ezek figyelembe veszik a szűrő és az injektált jelek paramétereit, ami növeli a kompenzáció bonyolultságát. A szűrők paraméterei, a mintavételi frekvencia és az injektált jel frekvenciája mind fontos tényezők, amelyek befolyásolják a rendszer teljesítményét és a helyzetmeghatározás pontosságát.

A rendszer teljesítményének és pontosságának javítása érdekében az elektronikus vezérlőknek folyamatosan figyelemmel kell kísérniük a szűrők paramétereit és az egyéb működési tényezőket, hogy minimalizálják a fázishibákat és a helyzetmeghatározásban előforduló pontatlanságokat. Ezenkívül az alkalmazott szűrők típusának és beállításainak optimalizálása szükséges ahhoz, hogy az indukált áram fázisa minél pontosabban kövesse az ideális értékeket, és így biztosítsa a motor pontos vezérlését és helyzetmeghatározását.

Milyen tényezők befolyásolják a permanens mágneses meghajtók vezérlését robotikai alkalmazásokban?

Az egyik legfontosabb tényező a rendszer tehetetlensége, amely az irányító rendszer valóságos működése során késlekedést okozhat a vezérlési funkciók váltása között, így csörgést generálva. A másik tényező a kapcsolási függvény időbeli késedelme, amely azt eredményezi, hogy a rendszer állapota csak a vezérlő funkció váltása után változik, így késlekedés lép fel, mielőtt a vezérlési hatás megjelenne. Emellett a kapcsolási függvény térbeli késedelme a rendszer változói között holt zónát hozhat létre, ami tovább fokozza a csörgést.

A mérési hibák, amelyek az állapot megfigyelésére vonatkoznak, közvetlen hatással vannak a csúszó módú kapcsolási felület stabilitására. Ha ezek a hibák instabillá teszik a felületet, véletlenszerű csörgést eredményeznek a vezérlő funkciók kapcsolásánál. Ha a csúszó módú változó struktúrájú vezérlést diszkrét rendszerre alkalmazzuk, a mintavételi rendszer állapotváltozóinak diszkontinuitása, valamint a mintavétel miatti késedelem szintén befolyásolják a vezérlés simaságát. Mindezek a tényezők, amikor egyesülnek, a csörgés elkerülhetetlen következményeivé válnak.

A csörgés csökkentésére számos javasolt megoldás létezik, mint például a rendszer tehetetlenségének csökkentése, vagy a kapcsolási függvény simább függvénnyel való helyettesítése. Az ilyen módszereknek előnyei és hátrányai is vannak, és szükséges a megfelelő módszer kiválasztása a konkrét gyakorlati követelmények alapján. Azonban minden egyes módszer alkalmazásakor alaposan mérlegelni kell a környezetet és a rendszert, hogy a legoptimálisabb megoldást válasszuk.

A másik fontos tényező, amelyet figyelembe kell venni, a szenzornélküli vezérlés kialakítása. Ennek célja, hogy egy szinkron motor visszafelé indukált elektromotoros erejét (back-EMF) használva valós időben becsülje meg a rotor helyzetét és sebességét, elkerülve a hagyományos helyzetmeghatározó szenzorok alkalmazását. Az ehhez szükséges matematikai modellek a PMSM (Permanens Mágneses Szinkron Motor) működését írják le. Az elektromotor stator áramának és a motor egyes paramétereinek becslése az alapja a szenzornélküli vezérlésnek. A rendszer pontos vezérléséhez elengedhetetlen a csúszó módú változó struktúrájú vezérlés alkalmazása, amely lehetővé teszi, hogy a becslés az állapotváltozókhoz közelítse a valódi értékeket.

A szenzornélküli vezérlés megtervezésében a csúszó módú megfigyelő (SMO) kulcsszerepet játszik. Az SMO célja, hogy minimalizálja a helyzet és sebesség becsléséből adódó hibákat azáltal, hogy folyamatosan összehasonlítja a becsült és a valós állapotokat, miközben figyelembe veszi a mérési hibákat is. Az SMO stabilitása azonban alapvetően függ a megfelelő vezérlési paraméterek kiválasztásától, amelyek biztosítják, hogy a becslések és a tényleges állapotok közötti eltérés a lehető legkisebb legyen.

A csúszó módú vezérlési rendszerek stabilitásának vizsgálata során elengedhetetlen a Lyapunov-függvény alkalmazása, amely a rendszer stabilitásának biztosításához szükséges feltételek meghatározását célozza. A stabilitási elemzés során meg kell győződni arról, hogy a rendszer hibája idővel csökken, és a rendszer végül eléri a kívánt állapotot, amelyhez a becsült és a tényleges áramok közötti eltérés elhanyagolhatóvá válik.

A szenzornélküli vezérlés alkalmazása jelentős előnyökkel jár, mint a költségek csökkentése, mivel nem szükséges drága szenzorok használata. Ugyanakkor a csúszó módú vezérlés további kihívásokat is felvethet, mint a rendszer dinamikájának finomhangolása, és a csörgés problémájának kezelése. Az ilyen típusú vezérlés alkalmazása tehát mindig a rendszer teljesítményének és a szükséges pontosságnak az optimális kompromisszumát igényli.