¿Cómo crear una resistencia controlable electrónicamente a un movimiento físico?

Un generador de CC de imán permanente (o un generador con excitación de campo constante) se puede modelar como una fuente de voltaje proporcional a la velocidad (velocidad angular en el caso de un generador rotatorio) en serie con cierta resistencia de bobina.

Dado que el amortiguamiento viscoso requiere una fuerza proporcional a la velocidad, simplemente cargar la salida del generador con una resistencia variable RL creará un factor de amortiguamiento variable proporcional a RL+RG (donde RG es la resistencia del devanado). Queremos que el torque sea -c$v$dónde$v$es la velocidad de rotación del motor para simular el amortiguamiento viscoso, por lo que en este caso c =$k(R_L+R_G)$, donde k es una constante que depende de la construcción del generador.

Se puede crear una resistencia electrónicamente variable cambiando literalmente las resistencias dentro y fuera, o se puede hacer con una carga electrónica MOSFET o BJT que simule una resistencia. El amortiguamiento máximo con una carga pasiva está limitado por la resistencia interna del generador. Con una carga activa y una fuente de alimentación externa, debería ser posible simular una resistencia negativa externamente para reducir aún más la resistencia equivalente total.

Para el movimiento lineal, se podría usar un motor PM lineal, o un piñón y cremallera para convertir el movimiento lineal en rotacional.

Un segundo método, más útil si se garantiza el movimiento, sería usar la fricción de Coulomb (por ejemplo, como una pinza y las pastillas de freno arrastrando un rotor) y controlar la fuerza aplicada a las pastillas de freno usando un motor de torque u otro método (por ejemplo, cambiar la posición de un actuador cargado por resorte, así que use la ley de Hook para determinar la fuerza). Esto funciona porque la fricción seca es proporcional a la fuerza normal aplicada y el factor de proporcionalidad$\mu$es una función de los materiales involucrados

Sin embargo, este método tendrá fricción estática (comportamiento no lineal) antes de que comience el movimiento.

Creo que puede encontrar la respuesta a su pregunta a través de la búsqueda sobre el mecanismo mecánico y electrónico de la bicicleta estacionaria . mira esta figura:

¿Es necesario explicar sobre el mecanismo mecánico de la misma?

Espero que te ayude.

Bombee un fluido a través de un circuito cerrado que incluye una válvula variable operada eléctricamente. Según la cantidad de líquido que haya en el depósito, cuánto tiempo debe funcionar, cuánto tiempo descansa antes de que vuelva a funcionar y qué tan duro lo conducirá, es posible que también necesite un radiador en el sistema.

Editar: busque soportes de entrenamiento para bicicletas en interiores. Utilizan ventiladores, generadores o bombas (CycleOps fabrica una) para la resistencia, y las unidades de resistencia son bastante compactas. Algunos cuentan con un ajustador de resistencia remoto (cable push-pull); algunos solo dependen del propio engranaje de la bicicleta para ajustarlo. Pero algo en esa línea debería ayudarlo a comenzar.

Lo que estás buscando es un mecanismo amortiguador. El sistema mostrado anteriormente (la bicicleta estática) es un amortiguador magnético ajustable. Esta patente explica su funcionamiento.

Si desea controlar el nivel de amortiguación electrónicamente, es posible que desee ver los frenos de corrientes de Foucault, que producen el campo magnético de un devanado, por lo que se pueden controlar rápidamente sin piezas móviles.

Por supuesto, puede conectar un motor de CC convencional al aparato y emular electrónicamente un amortiguador o un sistema de resorte-masa-amortiguador; sin embargo, esto tiene limitaciones sobre los métodos anteriores (debido a la velocidad de actualización limitada de la implementación del software cuando se trata de alta frecuencia). señales de entrada y la dificultad de estimar la velocidad a bajas velocidades).

Bueno, en la mayoría de los servomotores y motores, el par depende de la corriente de la fuente de alimentación.

Sin embargo, probablemente no sea la mejor práctica y no creo que realmente haya actuadores específicos que permitan un control de fuerza preciso.

Puede usar un sistema de control para hacer esto por usted.

En esencia, tiene un motor con retroalimentación para la fuerza que está tratando de proporcionar. Por ejemplo, puede conectar un motor a un juego de bielas de bicicleta y colocar un medidor de tensión en los brazos de la biela. Esto le permitiría usar el motor para hacer girar las bielas a una velocidad más rápida o más lenta que la que el ciclista está tratando de mantener para producir la tensión, o replicar la fuerza, ya sea de la resistencia del viento, una colina o rueda libre cuesta abajo. .

Otra opción es cambiar el medidor de tensión por un codificador rotatorio y luego modelar el sistema físico en el mundo digital. Puede modelar resortes, masas o cualquier otra cosa que pueda imaginar en términos de hacia dónde mueven las manivelas y cómo respondería realmente el mundo físico. Por lo tanto, es posible que esté modelando una gran masa, como si realmente estuvieran montando una bicicleta y pesaran 180 lb, de modo que cuando no están moviendo la manivela, el motor no ejerce fuerza sobre la manivela. Pero cuando intentan mover la manivela, el codificador rotatorio detecta algunos pulsos en una dirección dada, y el motor empujará hacia atrás con una fuerza casi equivalente, mientras modela al ciclista ganando impulso. A medida que el modelo digital del sistema gane impulso, el motor reducirá el retroceso y, finalmente, necesitará muy poca energía real para mantener una velocidad determinada.