Управление жесткостью двигателя постоянного тока с помощью ШИМ

У меня складывается впечатление, что этот вопрос частично касается управления скоростью двигателя постоянного тока, а не просто попытки поддерживать постоянный крутящий момент в соответствии с настройкой потребности.

Насколько я понимаю, скорость прямо пропорциональна приложенному напряжению.

Это верно только в том случае, если крутящий момент не меняется. С увеличением крутящего момента при постоянном напряжении питания скорость будет падать. Этот эффект вызван конечным сопротивлением якоря двигателя постоянного тока. Если бы это сопротивление было равно нулю, то скорость пропорциональна напряжению.

Поэтому, если нагрузка двигателя увеличивается, он просто будет потреблять больше тока.

И, к сожалению, немного помедленнее.

Я читал, что аппаратная петля обратной связи с использованием операционного усилителя может использоваться для сохранения пропорциональности тока опорному напряжению. Это верно?

Вы можете использовать последовательный резистор (для контроля тока двигателя) и операционный усилитель, чтобы создать почти постоянную характеристику скорости в приличном диапазоне крутящих моментов нагрузки. Это не очень хорошо, но значительно улучшает регулирование скорости по сравнению с его отсутствием.

Попробуйте найти документ Техаса (Burr Brown) под названием РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА: управление двигателем постоянного тока без обратной связи от тахометра . Это объясняет, как это достигается.

«Можно ли управлять выходным крутящим моментом коллекторного двигателя постоянного тока с помощью ШИМ?» Да - крутящий момент пропорционален току.

Если источником ШИМ является микроконтроллер, вам необходимо измерить ток (рассмотрите ACS712 или аналогичный, который будет выводить напряжение: V = Voffset + k * Imotor), зафиксировать с помощью АЦП, а затем написать контур ПИ-регулирования для регулировки Рабочий цикл ШИМ.

Вот пример цикла управления, который может быть вызван в прерывании (конечно, удалив время (1) тогда)

while(1) {
  Ierr = Idesired - Imeasured;
  err_sum += Ierr;
  PWMcommand = Kp * Ierr + Ki * err_sum;
}

Вам нужно будет масштабировать переменные, работать с единицами измерения, знаками и т. д., но это основная структура.

Для настройки установите Ki почти на ноль, заблокируйте ротор и примените шаг в Idesired и посмотрите на реакцию. Шаговый ток должен быть аналогичен тому, которым вы будете управлять двигателем. Я предполагаю, что это 1 ампер. Увеличивайте Kp до тех пор, пока переходная характеристика не выйдет за пределы диапазона, затем немного уменьшите значение. Только с Kp всегда будет ошибка в Imeasured - esp, как только двигатель запустится во время. Чтобы исправить это, вам нужен интегральный член.

С заблокированным ротором продолжайте свой шаг тока ~1 ампер и увеличивайте Ki. Опять же, вам нужна большая Ки, но не настолько большая, чтобы вызывать колебания. Если Ki слишком мало, отклик ШИМ будет медленным при изменении скорости двигателя и, следовательно, изменится крутящий момент.

Частота ШИМ также влияет на коэффициенты контура управления (например, Ki). Поэтому используйте постоянную частоту ШИМ. Частота обычно составляет не менее 20 кГц, чтобы ее не было слышно, но в конечном итоге это больше связано с индуктивностью двигателя, пульсацией тока и инерцией ротора.

Существует бесчисленное множество университетских курсов, посвященных теме теории управления. Они необходимы для создания хирургического робота, но то, что я сказал, заставит работать ваш первый контроллер крутящего момента!

Вы можете управлять крутящим моментом коллекторного двигателя постоянного тока, контролируя ток через ротор, соответственно, контролируя напряжение на роторе.

Вы не сможете контролировать ток двигателя, если у вас нет датчика тока, но вы сможете контролировать скорость двигателя, если у вас есть датчик скорости. Ваша цель состоит в том, чтобы управлять скоростью, равной нулю об/мин, и контроллер будет регулировать напряжение ротора для достижения этой цели; он будет контролировать «жесткость» двигателя.

Прочтите об управлении двигателем, и вы найдете ответы, которые ищете.