Въведение в токовия контур на принципа на управление на
задвижващия двигател на превозни средства с нова енергия
В новите енергийни превозни средства моторният контролер (MCU) реализира управлението на въртящия момент и скоростта на задвижващия двигател (като синхронен двигател с постоянен магнит, PMSM). Общите му стратегии за контрол са:
• Векторно управление (Field Oriented Control, FOC): Тази стратегия е най-разпространеният метод за управление в настоящите приложения на превозни средства. Той може независимо да контролира възбуждащото магнитно поле на двигателя (възбуждащото магнитно поле на синхронния двигател с постоянен магнит се осигурява от постоянния магнит и не е необходим допълнителен възбуждащ ток за установяване на магнитното поле. Тук се отнася до поддържане на стабилността на връзката на магнитния поток през Id) и магнитното поле на въртящия момент, като по този начин се постига прецизен контрол на въртящия момент и скоростта.
• Директен контрол на въртящия момент (Директен контрол на въртящия момент, DTC): Този метод не изисква сложна координатна трансформация, но постига контролната цел чрез директно измерване и контролиране на електромагнитния въртящ момент и връзката на статорния поток на двигателя.
Тук, като вземем за пример управлението на токовия контур във векторната стратегия за управление, процесът на управление на задвижващия двигател е обобщен, както следва:
1. Позиция на ротора на двигателя и измерване на скоростта
MCU получава информация за позицията и скоростта на ротора на двигателя от ротационния енкодер, инсталиран в единия край на вала на двигателя или интегриран вътре в двигателя, и свързан към вала на двигателя чрез съединител, за да се гарантира, че те могат да се въртят коаксиално.
Има основно два вида ротационни енкодери: абсолютни енкодери и инкрементални енкодери. Като вземем за пример приложението на инкрементални енкодери, то обикновено се състои от две импулсни последователности от A и B с фазова разлика от 90 градуса, а референтната позиция се маркира от импулса на Z фаза, който обикновено се нарича нулева позиция или произход сигнал.
Когато моторът се върти, фаза A и фаза B ще извеждат последователно правоъгълни импулси. По това време MCU може да определи посоката на въртене на двигателя чрез сравняване на фазовата разлика от 90 градуса между двете фази и да определи ъгъла или разстоянието, на което двигателят се е завъртял, като запише броя на импулсите и промяната в броя на импулсите за единица време и изчислете скоростта на двигателя. Чрез получената информация за положението на ротора и скоростта, MCU може да извършва по-нататъшно управление, като токов или скоростен контур.
Например, когато моторът се завърти на определен ъгъл, енкодерът ще генерира съответен брой импулси. Посоката на въртене на двигателя се определя чрез сравняване на реда на импулсите на A-фаза и B-фаза, а скоростта се изчислява въз основа на броя импулси за единица време. Ако приемем, че MCU получава 10,000 импулса за 1 секунда, а енкодерът генерира само 1,000 импулса на оборот, скоростта на двигателя е 10rpm/s (скорост на двигателя ω).
Енкодерът генерира Z-фазов импулс за всеки оборот. Когато MCU получи Z-фазовия импулс за първи път, той използва тази позиция като нулева референтна точка и след това брои броя на А-фазовите импулси, за да определи позицията на ротора на двигателя спрямо нулевата позиция. Ако бъдат открити 300 импулса на А-фаза, ъгловата позиция на ротора на двигателя спрямо нулевата позиция ще бъде 300/1000 оборота или 108 градуса (преобразувани в радиани θ=3π/5).
