Control de par y velocidad de un motor DC

Yo: Tienes que decidir si quieres una velocidad constante o un par constante, ya que no puedes tener ambos al mismo tiempo. Sospecho que desea establecer un límite de corriente y voltaje que le proporcione un par máximo (corriente) y una velocidad máxima (voltaje).

Tú: Me gustaría poner un límite de corriente para que el motor no ejerza más par del necesario ya que eso le quitaría el concepto de rehabilitación. En ese caso, debería controlar el voltaje mientras establezco un límite de corriente, ¿es así?

Si tiene un motor de CC y una fuente de alimentación de banco con la que puede jugar, puede obtener una buena sensación intuitiva de cómo podría funcionar esto.

Figura 1. Una fuente de alimentación típica de laboratorio/banco con voltaje ajustable y límite de corriente.

Experimento 1 - voltaje constante:

• Fije el voltaje a 1/4 del voltaje nominal del motor y suba el límite de corriente.
• Conecte el motor y cargue el eje giratorio sujetándolo (con cuidado) con la mano. Observe las lecturas de voltaje y corriente. Verá que la corriente aumenta a medida que el motor se desacelera ligeramente. Esto es lo más cercano a la velocidad constante que puede obtener con solo un suministro de CC directo.

Experimento 2 - corriente constante:

• Ajuste la corriente a la mitad del máximo observado en el experimento anterior.
• Conecte el motor y observe que funciona a pleno voltaje y baja corriente.
• Gradualmente, vuelva a cargar el eje a mano. No es que en algún momento la fuente de alimentación alcance el límite de corriente y el voltaje comience a caer mientras la corriente permanece en el límite. Ahora está en el modo de par constante.

Puedes jugar con el voltaje para establecer la velocidad máxima y jugar con la corriente para establecer el par máximo. El motor funcionará hasta el límite que alcance primero. En su caso, lo más probable es que sea el límite de par.

Esto le dará una idea del tipo de control que necesita. Luego puede buscar un controlador adecuado para cumplir con esos requisitos.

Lo que parece satisfacer sus necesidades se conoce como control en cascada. La siguiente figura muestra un diagrama de bloques más genérico donde se resalta el control de velocidad. En una máquina de CC, el par es proporcional al valor de la corriente de armadura. El punto de ajuste para el par se deriva del controlador de velocidad. Entonces, el controlador de velocidad solicita un par necesario para mantener una cierta velocidad:

Esta arquitectura utiliza bucles de retroalimentación internos para responder rápidamente a las desviaciones en lugar de esperar a que los efectos se propaguen por todo el bucle de control. Los errores se minimizan antes de que puedan propagarse . Si el bucle de corriente interno es más rápido (y debería serlo), un ligero cambio en la carga tendrá menos influencia en la velocidad. En términos generales, los bucles internos deben tener un ANCHO DE BANDA mayorque los bucles exteriores. El motor de CC normalmente tendrá una pequeña constante de tiempo. De esta forma, si sólo se utilizara el control de velocidad, un pequeño cambio de tensión en los terminales del motor podría provocar una gran variación de corriente (no controlada). Así, otra ventaja del control en cascada es la posibilidad de limitar la corriente a los valores máximos permitidos. El punto aquí es que necesitará medir la corriente. Creo que está considerando el control bidireccional del motor, por lo que se debe usar un puente H. La siguiente figura muestra un sistema de este tipo operando en cuatro cuadrantes y la medición de corriente incluida:

La siguiente figura muestra una forma de medir la corriente del motor y al mismo tiempo discriminar su dirección:

Además de un sistema sin sensores más complejo, para medir la velocidad, los sensores Hall y los optosensores se usan comúnmente con controladores digitales, mientras que los circuitos analógicos a menudo usan tacogeneradores. Todo el tema es muy amplio y requiere mucho en materia de control (modelado, identificación de sistemas y simulaciones). Además, el circuito integrado especial para el control del motor será de gran ayuda con sus características integradas.