העיקרון של מנועי DC

עקרון הבקרה של מנוע DC נטול מברשות הוא כדלקמן: כדי לגרום למנוע להסתובב, על יחידת הבקרה לקבוע תחילה את המיקום של רוטור המנוע בהתבסס על חיישן ההול-. לאחר מכן, על פי פיתולי הסטטור, הוא קובע את הרצף שבו טרנזיסטורי הכוח במהפך מופעלים (או כבויים). הטרנזיסטורים AH, BH ו-CH (הנקראים טרנזיסטורי כוח זרוע עליונה) והטרנזיסטורים AL, BL ו-CL (הנקראים טרנזיסטורי כוח זרוע תחתונה) במהפך מזרימים זרם ברצף דרך סלילי המנוע, ויוצרים שדה מגנטי מסתובב בכיוון השעון (או נגד-השעון). שדה מגנטי זה יוצר אינטראקציה עם המגנטים של הרוטור, ובכך גורם למנוע להסתובב בכיוון השעון/נגד-בכיוון השעון. כאשר רוטור המנוע מסתובב למצב שבו חיישן ה- Hall -חושש קבוצה נוספת של אותות, יחידת הבקרה מפעילה את הסט הבא של טרנזיסטורי כוח. מחזור זה נמשך, ומאפשר למנוע להסתובב באותו כיוון עד שיחידת הבקרה מחליטה לעצור את רוטור המנוע, ובשלב זה מכבים את טרנזיסטורי הכוח (או רק טרנזיסטורי הכוח של הזרוע התחתונה מופעלים). כדי להפוך את כיוון הרוטור, טרנזיסטורי הכוח מופעלים ברצף הפוך.

ניתן להמחיש את דפוס המיתוג הבסיסי עבור טרנזיסטורי כוח באופן הבא: AH, BL → AH, CL → BH, CL → BH, AL → CH, AL → CH, BL. עם זאת, אסור בהחלט להחליף אותם כ-AH, AL, BH, BL, או CH, CL. יתר על כן, מכיוון שלרכיבים אלקטרוניים תמיד יש זמן תגובה למיתוג, זמן המיתוג של טרנזיסטורי הכוח חייב לקחת בחשבון את זמן התגובה הזה. אחרת, אם הזרוע העליונה (או הזרוע התחתונה) לא סגורה במלואה לפני שהזרוע התחתונה (או הזרוע העליונה) נפתחת, יתרחש קצר חשמלי שיגרום לטרנזיסטור הכוח להישרף.

כאשר המנוע מתחיל להסתובב, יחידת הבקרה משווה (או מחשבת באמצעות תוכנה) את הפקודה (המורכבת מהמהירות שנקבעה על ידי הנהג ומקצב ההאצה/האטה) עם מהירות השינוי של אות החיישן של האולם- כדי לקבוע איזו קבוצת מתגים (AH, BL, AH, CL, BH, CL, או...) צריכה להיות מופעלת, ולמשך כמה זמן. אם המהירות אינה מספקת, זמן ההפעלה- ארוך יותר; אם המהירות מוגזמת,-זמן ההפעלה קצר יותר. חלק זה של הפעולה מטופל על ידי PWM. PWM (Pulse Width Modulation) קובע את מהירות המנוע, ויצירת PWM כזו היא המפתח להשגת בקרת מהירות מדויקת.

בקרת מהירות- גבוהה חייבת לשקול אם רזולוציית השעון של המערכת מספיקה כדי להתמודד עם זמן העיבוד של הוראות תוכנה. יתרה מזאת, האופן שבו הגישה לשינויי אותות הול-משפיעה גם על ביצועי המעבד, הדיוק וביצועי-זמן אמת. עבור בקרת מהירות-נמוכה, במיוחד-מהירות נמוכה, אות החיישן של Hall-משתנה לאט יותר. לכן, שיטת רכישת האות, תזמון העיבוד והתצורה המתאימה של פרמטרי בקרה המבוססים על מאפייני המנוע הופכים מכריעים. לחלופין, ניתן לשנות את משוב המהירות כדי להשתמש בשינויי מקודד כהתייחסות, ולהגדיל את רזולוציית האות לשליטה טובה יותר. פעולת מנוע חלקה ותגובה טובה תלויים גם בהתאמה של בקרת PID. כפי שהוזכר קודם לכן, מנועי DC חסרי מברשת משתמשים בבקרת לולאה סגורה{15}; לכן, אות המשוב אומר ליחידת הבקרה כמה רחוקה מהירות המנוע ממהירות היעד-זוהי השגיאה. הכרת השגיאה דורשת פיצוי, שניתן להשיג באמצעות שיטות בקרה הנדסיות מסורתיות כגון בקרת PID. עם זאת, המדינה והסביבה בשליטה הם למעשה מורכבים וניתנים לשינוי. אם נדרשת בקרה חזקה ועמידה, הגורמים שיש לקחת בחשבון הם כנראה מעבר לשליטה מלאה של בקרה הנדסית מסורתית. לכן, בקרה מטושטשת, מערכות מומחים ורשתות עצביות ישולבו גם בתיאוריות החשובות של בקרת PID חכמה.