تُعدّ أنظمة التحكم في المحركات أساسيةً لوظائف كل شيء، من الأجهزة الاستهلاكية إلى الأتمتة الصناعية والمركبات الكهربائية. في هذه الأنظمة، غالبًا ما يُناقش عنصران أساسيان: وحدة التحكم في المحرك ومشغل المحرك. على الرغم من استخدام هذين الاسمين بالتبادل أحيانًا، إلا أنهما يختلفان في وظائفهما ويختلفان اختلافًا كبيرًا من حيث التكلفة والتعقيد والفائدة وقابلية التطبيق.

هيكل محرك تيار مستمر بدون فرشاة

ما هو سائق المحرك؟

يتصل المحرك والمتحكم الدقيق عبر جهاز كهربائي يُسمى مشغل المحرك. وظيفته الرئيسية هي تضخيم إشارات التحكم منخفضة الطاقة للمتحكم الدقيق لتشغيل المحرك بالجهد والتيار المطلوبين. يُعد مشغل المحرك ضروريًا عندما لا يتمكن نظام التحكم من إمداد المحرك بالطاقة المطلوبة مباشرةً. أرشون تكنولوجي

الوظائف الرئيسية لسائقي السيارات

  • تضخيم إشارات تعديل عرض النبضة (PWM) للتحكم في جهد المحرك.
  • التعامل مع متطلبات التيار للمحرك.
  • تمكين التحكم الأمامي/الخلفي وتعديل السرعة.

تتضمن محركات المحرك الشائعة L298N وDRV8833 وTB6612FNG.

أنواع شائعة من سائقي السيارات

  • محركات جسر H: تُستخدم للتحكم في اتجاه محركات التيار المستمر.

     

  • محركات نصف الجسر: مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا أحادي الاتجاه.

     

  • محركات الجسر الكامل: تتيح التحكم ثنائي الاتجاه في المحركات. الإلكترونيات الأساسية

     

  • محركات ثلاثية الطور: مصممة للتحكم في محركات التيار المستمر عديمة الفرش (BLDC) ومحركات السائر.

Pros


Cons

  • Low cost

  • Easy to use

  • Perfect for low-end systems

  • No feedback control

  • Requires external MCU for control logic

وحدة تحكم المحرك

ما هو وحدة التحكم في المحرك؟

من ناحية أخرى، يُعدّ جهاز التحكم في المحرك جهازًا أكثر تطورًا. فهو لا يُشغّل المحرك فحسب، بل يُدير أيضًا كيفية أدائه. يُمكن لوحدات التحكم التحكم في تنظيم السرعة، وعزم الدوران، وأنماط التسارع، والكبح. وغالبًا ما تُدمج أنظمة تغذية راجعة مثل أجهزة التشفير أو مستشعرات هول لمراقبة سلوك المحرك وتعديله آنيًا.

قد تتضمن وحدات التحكم المتقدمة أيضًا ما يلي:

  • معالجات الإشارات الرقمية (DSPs)
  • خوارزميات التحكم في الحلقة المغلقة (PID، FOC)
  • واجهات الاتصال (CAN، UART، Modbus)
  • وظائف السلامة والتشخيص

وتشمل الأمثلة محركات VESC (لمحركات BLDC)، ومحركات Siemens Sinamics، وسلسلة TLE987x من Infineon.

أنواع شائعة من وحدات التحكم في المحركات

  • وحدة تحكم محرك ذات حلقة مفتوحة
  • وحدة تحكم محرك ذات حلقة مغلقة (وحدة تحكم سيرفو)
  • وحدة تحكم محرك قابلة للبرمجة
  • وحدة تحكم محرك ذات تحكم موجه نحو المجال (FOC)

Pros


Cons

  • High performance

  • Feedback and diagnostics

  • Autonomous operation possible

  • Higher cost

  • Complex integration

  • May require tuning and programming

محرك المحرك مقابل وحدة التحكم في المحرك: نظرة عامة مقارنة

متى تختار سائقًا للسيارات

استخدم محرك المحرك عندما يكون تطبيقك:

  • يتطلب تحكمًا أساسيًا، مثل تشغيل/إيقاف المحرك، أو تغيير الاتجاه، أو السرعة عبر تعديل عرض النبضة (PWM) بسيط.

     

  • يحتوي على متحكم دقيق خارجي أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) تتولى العمليات المنطقية واتخاذ القرارات.

     

  • يتضمن أنظمة حلقة مفتوحة حيث لا تكون التغذية الراجعة (مثل المشفرات أو المستشعرات) ضرورية.

     

  • يحتاج إلى حل اقتصادي وخفيف الوزن مع الحد الأدنى من البرامج.

ينطبق على الأنظمة الأساسية مثل:

  • المراوح والمضخات والأجهزة الصغيرة
  • سيارات الألعاب أو مشاريع الهوايات
  • طابعات ثلاثية الأبعاد للمبتدئين

🛠 مثال: برنامج تشغيل H-Bridge المستخدم مع Arduino لتدوير محرك DC للأمام/للخلف بسرعات متغيرة باستخدام PWM.

متى تختار وحدة التحكم في المحرك

استخدم وحدة التحكم في المحرك عندما يكون تطبيقك:

  • يتطلب تحكمًا متقدمًا في الحركة، مثل ضبط السرعة أو عزم الدوران أو الموضع بدقة.
  • يحتاج إلى تغذية راجعة مغلقة (مثل: مُشفِّر، مُحلِّل، مستشعرات تأثير هول).
  • يدمج محركات أو محاور متعددة ويحتاج إلى مزامنة.
  • يتطلب إمكانية برمجة لأنماط حركة مثل الحركة شبه المنحرفة أو ضبط مُحدِّد التفاضل والتكامل التفاضلي.

تستخدم في الأنظمة المتقدمة مثل:

  • ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)
  • الروبوتات ذاتية التحكم
  • الأتمتة الصناعية
  • المركبات الكهربائية

🛠 مثال: وحدة تحكم بدون فرشاة للتحكم في المجال الموجه (FOC) لذراع روبوتية، لإدارة عزم الدوران والحركة السلسة عبر المفاصل.

جدول الملخص

المعيار مشغل المحرك (Motor Driver) وحدة تحكم المحرك (Motor Controller)
معالجة المنطق يتم التحكم به بواسطة وحدة MCU خارجية يحتوي على منطق واتخاذ قرارات مدمج
نظام التغذية الراجعة نادرًا ما يُستخدم يُستخدم كثيرًا مع الحساسات/المشفّرات
التكلفة أقل أعلى
البرمجة/البرمجيات غير مطلوبة أو محدودة مطلوبة عادةً
مدى الملاءمة المهام البسيطة المهام المعقدة المعتمدة على التغذية الراجعة
أمثلة مراوح DC، المضخات، محركات الهوايات أنظمة سيرفو، ماكينات CNC، الروبوتات، السيارات الكهربائية

دراسة حالة: التحكم في محرك BLDC

دعونا نفكر في التحكم في محرك تيار مستمر بدون فرشاة (BLDC):

  • مع مُشغِّل المحرك: يلزم وجود متحكم دقيق لإنتاج إشارات PWM مُزاحة الطور. كما يُمكنك التحكم يدويًا في التبديل بناءً على مدخلات المستشعر.

     

  • مع مُتحكِّم المحرك: يُدير مُتحكِّم مثل VESC التبديل ثلاثي الأطوار، والتحكم في عزم الدوران، وحدود الأمان، ويدعم أوضاعًا مُختلفة (بدون مُستشعر، FOC، ومستشعر هول).

ومن الواضح أن وحدة التحكم في المحرك تبسط عملية التكامل وتعزز الأداء.

مقارنة مقاييس الأداء

المعيار مشغل المحرك (Motor Driver) وحدة تحكم المحرك (Motor Controller)
نطاق الجهد عادةً من 5 فولت إلى 48 فولت من 5 فولت حتى 600 فولت أو أكثر
سعة التيار حتى 10 أمبير حتى 100 أمبير أو أكثر
الدقة منخفضة عالية (بفضل نظام التغذية الراجعة)
الكفاءة متوسطة عالية (بفضل الخوارزميات)
زمن الإعداد سريع يتطلب ضبطًا وتكوينًا مسبقًا

اعتبارات التطوير والتصحيح

إذا كنت تقوم بتطوير منتج أو نموذج أولي، فإن القدرة على ضبط إعدادات التحكم في المحرك أمر بالغ الأهمية.

  • تعتبر برامج التشغيل هي الأفضل للتكرار السريع أو عندما تكون هناك حاجة إلى الحد الأدنى من تخصيص السلوك.
  • توفر وحدات التحكم أدوات تصحيح الأخطاء مثل الإخراج التسلسلي وواجهات المستخدم الرسومية المستندة إلى الكمبيوتر الشخصي والسجلات.

على سبيل المثال، باستخدام وحدة تحكم متقدمة مثل أداة VESC، يمكنك تسجيل التيار، وعدد الدورات في الدقيقة، ودرجة الحرارة وضبط الإعدادات بشكل مباشر.

المكونات الشائعة (مع تسعير العينة)

الاسم النوع السعر التقريبي (دولار أمريكي) الفولتية التيار
L298N مشغل (Driver) 2–5 دولار 5–46 فولت 2 أمبير
DRV8833 مشغل (Driver) 3–7 دولارات 2.7–10.8 فولت 1.5 أمبير
VESC وحدة تحكم (Controller) 60–150 دولار حتى 60 فولت 50 أمبير أو أكثر
MC33035 وحدة تحكم (Controller) 10–30 دولار حتى 36 فولت 10 أمبير

اتجاهات الصناعة

تتلاشى الحدود بين وحدات تحكم المحركات ومحركاتها بشكل متزايد. تجمع الرقاقات المتكاملة الحديثة، مثل TI DRV8353 وSTSPIN32F0، بين محركات FET ومنطق التحكم والحماية في حزمة واحدة.

وتشمل الاتجاهات الناشئة ما يلي:

  • تحكم تنبؤي قائم على الذكاء الاصطناعي
  • خوارزميات FOC بدون مستشعرات
  • رقائق متكاملة مع نظام إدارة البطاريات (BMS) ووحدة تحكم دقيقة (MCU) ووحدة تحكم

خاتمة

يعتمد الاختيار بين محرك المحرك ووحدة التحكم في المحرك في النهاية على مدى تعقيد تطبيقك واحتياجات التحكم والميزانية.

  • استخدم محركًا إذا كنت تقوم ببناء أنظمة بسيطة لا تحتاج إلى دقة.
  • استخدم وحدة تحكم في المحرك عندما يتطلب نظامك موثوقية ودقة وأداءً عاليين.

فهم هذا التمييز ليس تقنيًا فحسب، بل يؤثر أيضًا على كيفية توسع منتجك وأدائه والحفاظ على موثوقيته مع مرور الوقت. مع التوجه نحو حلول تحكم في المحركات أكثر ذكاءً وتكاملًا، فإن معرفة متى ولماذا تختار أحدهما على الآخر يمكن أن يمنح تصميمك أفضلية واضحة.