Control de rigidez del motor de CC mediante PWM

Tengo la impresión de que esta pregunta se trata en parte del control de velocidad de un motor de CC en lugar de simplemente tratar de mantener el par constante en una configuración de demanda.

Según tengo entendido, la velocidad es directamente proporcional al voltaje aplicado

Esto solo es cierto si el torque no cambia. Al aumentar el par con un suministro de voltaje constante, la velocidad disminuirá. Este efecto es causado por la resistencia finita del inducido del motor de CC. Si esta resistencia fuera cero, entonces la velocidad es proporcional al voltaje.

Entonces, si la carga del motor aumenta, simplemente consumirá más corriente

Y, por desgracia, ralentizar un poco.

Leí que se puede usar un circuito de retroalimentación de hardware que usa un amplificador operacional para mantener la corriente proporcional al voltaje de referencia. ¿Es esto correcto?

Puede usar una resistencia en serie (monitoreo de la corriente del motor) y un amplificador operacional para crear una característica de velocidad casi constante en un rango decente de pares de carga. No es genial, pero mejora significativamente la regulación de la velocidad en comparación con no tenerla.

Intente buscar un documento de Texas (Burr Brown) titulado CONTROLADOR DE VELOCIDAD DE MOTOR DE CC: Controle un motor de CC sin retroalimentación de tacómetro . Esto explica cómo se logra.

"¿Es posible controlar el par de salida de un motor de CC con escobillas usando PWM?" Sí, el par es proporcional a la corriente.

Si la fuente PWM es un microcontrolador, entonces necesita medir la corriente (considere ACS712 o similar, que generará un voltaje: V = Voffset + k * Imotor), capture con un ADC y luego escriba un bucle de control PI para ajustar el Ciclo de trabajo PWM.

Aquí hay un bucle de control de ejemplo que podría llamarse en una interrupción (por supuesto, eliminando el while (1) entonces)

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

Deberá escalar las variables, calcular unidades y signos, etc., pero esa es la estructura básica.

Para sintonizar, configure Ki cerca de cero, bloquee el rotor y aplique un paso en Idesired y observe la respuesta. La corriente de paso debe ser similar a la que impulsará el motor. Asumiré que es de 1 amperio. Aumente Kp hasta que la respuesta de paso se haya sobrepasado y luego retroceda un poco. Con Kp solo, siempre habrá un error en Imedido, especialmente una vez que el motor arranca durante. Para corregir esto necesitas el término integral.

Con el rotor bloqueado, continúe con su paso de corriente de ~1 amperio y aumente Ki. Una vez más, desea que Ki sea grande, pero no tan grande como para causar oscilación. Si Ki es demasiado pequeño, la respuesta de PWM será lenta cuando cambie la velocidad del motor y, por lo tanto, cambiará el par.

La frecuencia PWM también afecta los coeficientes del bucle de control (Esp el Ki) Así que use una frecuencia PWM constante. La frecuencia es típica de al menos 20Khz para no ser audible, pero en última instancia se trata más de la inductancia del motor, la ondulación actual y la inercia del rotor.

Hay innumerables clases universitarias dedicadas al tema de la teoría del control. Estos son necesarios para hacer un robot quirúrgico, ¡pero lo que dije hará que funcione su primer controlador de torque!

Puede controlar el par de un motor de CC con escobillas controlando la corriente a través del rotor, respectivamente, controlando el voltaje sobre el rotor.

No podrá controlar la corriente del motor si no tiene un sensor de corriente, pero podrá controlar la velocidad del motor si tiene un sensor de velocidad. Su objetivo es comandar una velocidad de cero rpm y el controlador ajustará el voltaje del rotor para lograr este objetivo; controlará la "rigidez" del motor.

Lea sobre el control de motores y encontrará las respuestas que está buscando.