Sin/Cos ազդանշանի աղավաղման վերլուծություն դժկամության տիպի լուծիչներում՝ ուժեղ էլեկտրամագնիսական միջամտության պայմաններում - EV Resolver Sensor

Այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են նոր էներգիայի մեքենաների էլեկտրական շարժիչները և արդյունաբերական սերվոները, դժկամության տիպ լուծիչները լայնորեն օգտագործվում են որպես շարժիչի ռոտորի դիրքի սենսորներ: Դրանք չեն պարունակում կիսահաղորդչային չիպեր, դիմակայում են բարձր ջերմաստիճաններին և դիմադրում են թրթռումներին. դրանք շատ «կոպիտ» են թվում: Այնուամենայնիվ, շատ ինժեներներ տեղում բախվում են մի տարակուսելի խնդրի. երբ շարժիչի հզորությունը մեծանում է և PWM փոխարկման հաճախականությունը բարձրանում է, լուծիչի սինուս/կոսինուսի ելքային ազդանշանները զարգանում են խափանումներ, տափակ-դեպի անկյան առաջացում: ցնցում, ոլորող մոմենտ ալիք և նույնիսկ կարգավորիչի անսարքություններ:

I. Ինչպիսի՞ն է նորմալ լուծիչի սինուսի/կոսինուսի ազդանշանը:

Դժկամության տիպի լուծիչի կառուցվածքը համեմատաբար պարզ է. ստատորը կրում է գրգռման ոլորուն և երկու տարածական ուղղանկյուն ելքային ոլորուն, մինչդեռ ռոտորը պատրաստված է հատուկ ձևավորված սիլիկոնային պողպատից ընդգծված բևեռներից, առանց ոլորունների: Բարձր հաճախականության սինուսոիդային գրգռումը կիրառվում է գրգռման ոլորուն վրա.

Երբ ռոտորը պտտվում է θ անկյան տակ , երկու ելքային ոլորունները համապատասխանաբար առաջացնում են.

Գործնականում յուրաքանչյուր ազդանշան դիֆերենցիալ է, օրինակ՝ S1-S3 և S2-S4: Ինչպես երևում է, լուծիչի ելքը բարձր հաճախականության կրիչ է, որի ամպլիտուդը մոդուլացվում է ռոտորի  θ անկյունով  : Օսցիլոսկոպի վրա ալիքի ձևերը հայտնվում են որպես երկու ծրարներ, որոնք տարբերվում են համապատասխանաբար սինուսի և կոսինուսի անկյան տակ:

Ապակոդավորող չիպը` Resolver-to-Digital Converter (RDC) - դեմոդուլացնում է այս ազդանշանները, հանում ծրարները և հաշվում է անկյունը:  

II. Որտեղի՞ց է գալիս ուժեղ էլեկտրամագնիսական միջամտությունը

Լուծիչը սովորաբար տեղադրվում է շարժիչի վերջում, շրջապատված տիպիկ ուժեղ էլեկտրամագնիսական միջամտության միջավայրով.

·  IGBT/MOSFET-ների բարձր արագությամբ միացում . շարժիչի կարգավորիչի PWM կրիչի հաճախականությունը սովորաբար գտնվում է մի քանի կՀց-ից մինչև տասնյակ կՀց միջակայքում, սակայն անջատիչ եզրերը տատանվում են ընդամենը տասնյակից հարյուրավոր նանվայրկյաններով, ընդ որում սպեկտրները հասնում են մինչև տասնյակ ՄՀց:

·  Էլեկտրական ավտոբուսներ և փուլային մալուխներ . Բարձր հոսանքի և բարձր լարման արագ փոփոխությունները առաջացնում են ուժեղ էլեկտրական և մագնիսական դաշտեր:

·  Կոնտակտորների և ռելեների գործառնություններ . Արտադրել աղեղային և անցողիկ իմպուլսներ:

·  Էլեկտրաէներգիայի փոխարկիչներ . Ռիփլ և ներդաշնակություն միացման սնուցման աղբյուրներից:

Երբ այս միջամտությունները միանում են լուծիչի ազդանշանային գծերին, դրանք դրվում են այլապես մաքուր սինուսի/կոսինուսի ազդանշանների վրա:

III. Ինչպես է միջամտությունը մտնում ազդանշանային շղթա

Կան չորս հիմնական ուղիներ, որոնց միջոցով միջամտությունը մտնում է լուծիչի ազդանշանային շղթա.

1. Ճառագայթային միացում
Էլեկտրահաղորդման գծերը և անջատիչ հանգույցները գործում են որպես փոխանցող ալեհավաքներ, մինչդեռ լուծիչի լարերի ամրագոտիները գործում են որպես ընդունող ալեհավաքներ: Երբ լուծիչի ամրագոտիները ուղղորդվում են հոսանքի մալուխներին զուգահեռ, բարձր հաճախականությամբ էլեկտրամագնիսական դաշտերը լարումներ են առաջացնում անմիջապես ամրագոտիների վրա:

2. Հաղորդող միացում
Միջամտությունը ներթափանցում է լուծիչի համակարգ գրգռման սնուցման գծերի կամ ապակոդավորիչի տախտակի սնուցման միջոցով, այնուհետև միանում է ազդանշանի կողմին:

3. Հողային պոտենցիալների տարբերությունները
Մեծ հոսանքները առաջացնում են լարման անկումներ հողի հետքերի կամ մետաղական պատյանների վրա՝ ստեղծելով անհավասար հողային պոտենցիալներ լուծիչի ծայրի և ապակոդավորիչի ծայրերի միջև՝ ձևավորելով սովորական ռեժիմի լարումներ:

4. Փոխադարձ խոսակցություն տողերի միջև
Երբ լուծիչի ամրագոտիներն աշխատում են փուլային մալուխների, լարերի և այլնի հետ, մակաբույծների հզորությունը և փոխադարձ ինդուկտիվությունը գծերի միջև զուգակցվում են միջամտությամբ:

IV. Խեղաթյուրման բնորոշ դրսեւորումներ

Օքսիլոսկոպի վրա սինուսի/կոսինուսի ազդանշանները ուժեղ EMI-ի ներքո կարող են հայտնվել հետևյալ ձևերով.

1. Բարձր հաճախականության անսարքության սուպերպոզիցիա
Կծիկներ և զանգեր, որոնք համաժամանակացված են PWM եզրերի հետ, հայտնվում են կրիչի վրա: Դա պայմանավորված է նրանով, որ բարձր հաճախականության հոսանքները, որոնք առաջանում են անջատման պահերի ընթացքում, կապվում են ազդանշանային գծերի մեջ մակաբուծական հզորության միջոցով: Խափանումների ամպլիտուդները կարող են հասնել տասնյակ մՎ կամ նույնիսկ հարյուրավոր մՎ-ի, մինչդեռ նորմալ դիֆերենցիալ ազդանշանի ամպլիտուդները սովորաբար ընդամենը մի քանի վոլտ են, ինչը հանգեցնում է SNR-ի զգալի անկմանը:

2. Դիֆերենցիալ ռեժիմի աղմուկի նկատմամբ ընդհանուր ռեժիմ
Դիֆերենցիալ ազդանշանները տեսականորեն զգայուն են միայն երկու լարերի միջև լարման տարբերության նկատմամբ և ունեն մերժման հնարավորություն՝ ընդդեմ սովորական ռեժիմի միջամտության: Այնուամենայնիվ, իրական մալուխները, միակցիչները և զտիչ ցանցերը երբեք կատարյալ սիմետրիկ չեն: Երբ բարձր հաճախականության ընդհանուր ռեժիմի միջամտությունը մտնում է, դրա մի մասը վերածվում է դիֆերենցիալ ռեժիմի լարման և դրվում է սինուս/կոսինուսային ազդանշանների վրա: Այս աղմուկը հաճախ հայտնվում է որպես պարբերական 'fuzz' ծրարի վրա:

3. Կտրում և հագեցվածություն
Երբ միջամտության ամպլիտուդը մեծ է, և ազդանշանի գագաթնակետը գերազանցում է RDC մուտքի տիրույթը կամ օպերատիվ ուժեղացուցիչի մատակարարման ռելսերը, ալիքի ձևի գագաթները «կտրվում են»: Կտրումը ուղղակիորեն ոչնչացնում է sin/cos ծրարը՝ առաջացնելով լուրջ ոչ գծային սխալներ ապակոդավորված անկյունում:

4. DC-ի օֆսեթ շեղում
Ցածր հաճախականության բաղադրիչները միջամտության, հողի հանգույցի հոսանքների կամ ուղղման էֆեկտների դեպքում կարող են ազդանշանի մեջ առաջացնել DC-ի շեղում՝ դարձնելով ալիքի ձևը ասիմետրիկ: RDC ապակոդավորումը սովորաբար ենթադրում է մաքուր AC ազդանշաններ; Օֆսեթը հանգեցնում է անկյան սխալների և արագության ալիքների:

5. Հարմոնիկ աղավաղում
Մագնիսական նյութերի ոչ գծայինությունը և միջամտության և գրգռման կրիչի միջև միջմոդուլյացիան առաջացնում են ներդաշնակ բաղադրիչներ: Հարմոնիկաները RDC մտնելուց հետո դրանք կարող են վերափոխվել անկյան բարձր կարգի ներդաշնակության սխալների, որոնք դրսևորվում են որպես ոլորող մոմենտ ալիք կամ աղմուկ:

6. Սինուսի/կոսինուսի ամպլիտուդի անհավասարակշռություն և փուլային տեղաշարժ
Եթե sin-ի և cos-ի ազդանշանի երկու ուղիներն ունեն տարբեր ֆիլտրի պարամետրեր, մալուխի երկարություն կամ միակցիչի կոնտակտային դիմադրություն, ապա երկու ալիքները տարբեր կերպ են ազդում ուժեղ միջամտության դեպքում, ինչը հանգեցնում է ամպլիտուդի անհամապատասխանության կամ փուլային տեղաշարժի: RDC-ն հաշվարկում է անկյունը՝ հիմնվելով sinθ/cosθ-ի վրա; ամպլիտուդի կամ փուլային անհավասարակշռությունը ուղղակիորեն առաջացնում է անկյունային սխալներ:

V. Խեղաթյուրման ազդեցությունը համակարգի վրա

Ազդանշանի աղավաղումը սոսկ «տեսողական խնդիր» չէ օսցիլոսկոպի վրա. այն ուղղակիորեն արտացոլում է համակարգի կատարողականը.

·  Անկյունային ելքային ցնցում . RDC-ի կողմից դեմոդուլացված աղմուկը բարձր հաճախականության ցնցում է առաջացնում անկյան արժեքում՝ ուժեղացնելով արագության արձագանքման աղմուկը:

·  Անկյունների պարբերական սխալներ . ծրարի աղավաղումը և ներդաշնակությունը առաջացնում են անկյունային սխալներ, որոնք պարբերաբար տարբերվում են ռոտորի դիրքից, ինչը հանգեցնում է dq առանցքի հոսանքի տատանումների և ոլորող մոմենտների ալիքների:

·  Սխալներ և կողպեքի կորուստ . Դաժան միջամտությունը կարող է հանգեցնել RDC-ի հետագծման օղակի կորստի կողպեքին, ինչը հանգեցնում է անկյան ցատկերի և առաջացնելով գերհոսանքից կամ գերլարման պաշտպանությունը:

·  Համակարգի աշխատանքի վատթարացում . Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում դա կարող է հանգեցնել շարժիչի արդյունավետության նվազմանը, թրթռման և աղմուկի ավելացմանը և նույնիսկ խախտել մեքենայի անվտանգությունը:

VI. Ինչպես բացահայտել և լուծել խնդիրները

Գործնական կարգաբերման ժամանակ հետևյալ մեթոդները կարող են արագ որոշել, թե արդյոք լուծիչի ազդանշանները ազդում են ուժեղ EMI-ի կողմից.

· S1-S3-ը և S2-S4-ը չափելու համար  օգտագործեք  դիֆերենցիալ զոնդեր  ՝ խուսափելով միակողմանի զոնդերից, որոնք կարող են առաջացնել հողային հանգույցներ:

·  Դիտարկեք և՛ գրգռման ազդանշանը, և՛ ելքային ազդանշանները միաժամանակ՝ որոշելու համար, թե արդյոք միջամտությունը մտցվում է գրգռման կողմի միջոցով:

·  Համեմատեք ալիքի ձևերը շարժիչի անշարժ և գործող շարժիչի և PWM-ի միացման և անջատման հետ՝ որոշելու, թե արդյոք միջամտությունը առաջանում է հոսանքի միացումից:

·  Օգտագործեք օսցիլոսկոպի FFT-ն՝ վերլուծելու միջամտության սպեկտրը և ստուգելու՝ արդյոք այն համընկնում է PWM կրիչի հաճախականության կամ եզրային ներդաշնակության հետ:

·  Չափել երկու գծերի ընդհանուր ռեժիմի լարումը դեպի հող՝ ընդհանուր ռեժիմի միջամտության մակարդակը գնահատելու համար:

VII. Ճնշման միջոցառումներ

Խեղաթյուրումը ճնշելը պահանջում է միաժամանակյա ջանքեր երեք ճակատներում՝ միջամտության աղբյուրը, միացման ուղին և ստացողը:

1. Օպտիմալացնել լարերի ամրացումը և պաշտպանությունը

·  Օգտագործեք պաշտպանված ոլորված զույգեր լուծիչի ազդանշանային գծերի համար, որոնց վահանը հիմնավորված է ապակոդավորիչի ծայրի մեկ կետում, որպեսզի խուսափեք հողային հանգույցներից, որոնք առաջանում են երկակի ծայրով հիմնավորմամբ:

·  Երթուղային ազդանշանային գծերը հոսանքի մալուխներից առանձին՝ խուսափելով երկար զուգահեռ վազքից; եթե հատումն անխուսափելի է, անցեք դրանք ուղղահայաց:

·  Անհրաժեշտության դեպքում օգտագործեք մետաղական խողովակներ կամ երկշերտ պաշտպանություն՝ բարձր հաճախականությամբ պաշտպանիչ արդյունավետությունը բարելավելու համար:

2. Զտում և պաշտպանություն

·  Ավելացրեք ընդհանուր ռեժիմի խեղդուկներ և RC ցածր անցումային զտիչներ RDC մուտքի մոտ՝ ճնշելու ընդհանուր ռեժիմի աղմուկը և բարձր հաճախականության խափանումները:

·  Զտիչի անջատման հաճախականությունը պետք է լինի ավելի բարձր, քան լուծիչի գրգռման հաճախականությունը՝ միաժամանակ խուսափելով չափազանց մեծ փուլի հետաձգումից, որը հակառակ դեպքում կառաջարկի նոր անկյունային սխալներ:

·  Ավելացրեք պաշտպանիչ սարքեր, ինչպիսիք են TVS խողովակները՝ կանխելու անցողիկ գերլարումները ապակոդավորիչի շղթայի վնասումը:

3. Դասավորություն և հիմնավորում

·  Տեղադրեք ապակոդավորիչի տախտակը լուծիչի միակցիչին հնարավորինս մոտ՝ անալոգային ազդանշանի հետքերը կրճատելու համար:

·  Անալոգային հողը անջատեք հոսանքի գետնից՝ միացնելով դրանք մեկ կետում՝ կանխելու մեծ հոսանքները անալոգային հողի միջով:

·  Միակցիչի ընտրության ժամանակ ուշադրություն դարձրեք վահանի շարունակականությանը, ապահովելով, որ վահանը չի կոտրվել միակցիչի մոտ:

4. Գրգռման կողմնակի բուժում

·  Օգտագործեք պաշտպանված ոլորված զույգեր նաև գրգռման գծերի համար և ավելացրեք զտիչ գրգռման սնուցման աղբյուրին:

·  Խուսափեք հուզիչ ազդանշանների և հոսանքի մալուխների միջև միակցիչների կամ ամրագոտիների համատեղ օգտագործումը:

5. Համակարգային և ալգորիթմական միջոցառումներ

·  Ընտրեք RDC չիպեր, որոնք ունեն ուժեղ հակամիջամտությունների հնարավորություն, ինչպիսիք են ներկառուցված համաժամանակյա դեմոդուլյացիայով և թվային զտիչով:

·  Ծրագրային ապահովման մեջ կիրառեք զտման, արագության սահմանափակման և հավաստիության ստուգումներ անկյան ազդանշանի վրա՝ կանխելու անհատական ​​միջամտության իմպուլսները կառավարման անոմալիաներ առաջացնելու համար:

·  Օպտիմալացնել PWM-ի եզրային հարվածների տեմպերը և ավելացնել snubber սխեմաներ՝ աղբյուրի վրա միջամտությունը նվազեցնելու համար:

VIII. Եզրակացություն

Մագնիսակայուն լուծիչն իր էությամբ կոշտ սենսոր է, սակայն դրա սինուս/կոսինուսի ելքերը ցածր մակարդակի անալոգային ազդանշաններ են, որոնք ենթակա են աղավաղումների ուժեղ EMI-ի պայմաններում: Միջամտության աղբյուրները և միացման ուղիները հասկանալը և պատշաճ պաշտպանությունը, զտումը, հիմնավորումը և դասավորությունը կիրառելը կարևոր են անկյունային հետադարձ կապի ճշգրտությունն ու հուսալիությունն ապահովելու համար:

Ինժեներների համար օսցիլոսկոպի ալիքի ձևը լավագույն 'առողջական զեկույցն է': Որքան ավելի վաղ հայտնաբերվի ազդանշանի աղավաղում, այնքան ցածր է համակարգի խնդիրների հավանականությունը: