Controlar un motor eléctrico a través de labview sin conocer su velocidad

Tengo un pequeño problema con mi último experimento de licenciatura. Mi grupo y yo vamos a averiguar qué causa exactamente las fuerzas de fricción extremadamente altas cuando tiramos de un cable de acero a través de arena húmeda variando la altura de la arena sobre el cable.

Desafortunadamente, estamos teniendo problemas con nuestro motor. En labview estamos usando una función de rampa para aumentar el voltaje en la fuente de alimentación con el tiempo. Por lo general, de 0,4 V a 4 V en 400 s, donde la frecuencia de muestreo de todo el sistema es de 10 ms. Sin embargo, hemos notado que cuando las fuerzas de fricción aumentan demasiado, el motor comienza a actuar como se muestra en el gráfico a continuación.

fuerza vs tiempo y corriente vs tiempo

Lo que puede ver aquí es que a medida que el voltaje aumenta linealmente (no se muestra), la corriente también lo hace. Estamos midiendo la fuerza colocando una celda de carga entre el cable y el motor. Tan pronto como el motor comienza a moverse, la corriente cae y el motor comienza a tirar del cable. La fuerza comienza a aumentar. Pero en algún momento el motor deja de moverse y la corriente se dispara. La fuerza decreciente podría ser la tensión que se libera de la polea, la cuerda unida al cable, etc.

La parada del motor, sin embargo, podría ser causada por el hecho de que las fuerzas de fricción del cable de acero son demasiado altas (stick-slip). Este es nuestro problema. No queremos que el motor deje de moverse.

Estaba pensando en usar un bucle de control para aumentar la velocidad a la que aumenta el voltaje, pero no tengo forma de saber cuál es la velocidad del motor. Los tacómetros que tenemos no funcionan porque el motor gira demasiado lento. Solo medimos fuerza, corriente y voltaje.

EDIT: Estas son las especificaciones del motor: http://www.compucanjes.com/manuales/rs-555sh20.pdf

Y así es como se ve nuestra (mierda) configuración de pruebaconfiguración de prueba

¿El motor gira 1/3 o 1/5 de revolución para cada uno de esos picos? Si es así, está viendo los polos individuales y el hecho de que la fuerza ejercida por el motor es una función de su ángulo de rotación debido a su construcción interna. Creo que necesita un motorreductor (digamos 100: 1) como la forma más sencilla de obtener un par relativamente constante.
@BrianDrummond Olvidó mencionar que, de hecho, es un motorreductor con una relación muy alta (que no sé en este momento).
Luego, tenga en cuenta que la demanda de corriente del motor es una medida bastante buena del par ejercido por el motor. Esto puede indicar un problema mecánico. Por ejemplo, ¿el cable actúa como un resorte? Por lo tanto, la alta corriente muestra que el motor enrolla el resorte nuevamente (el motor puede estar girando, pero el otro extremo, en la celda de carga, no lo está). Alternativamente, si desea controlar el par del motor, condúzcalo desde una corriente constante, no desde un voltaje constante. (es decir, aumentar la corriente)
No estamos seguros de cuál es la mecánica exacta bajo tierra. Pero el cable de acero no se estira bajo estas fuerzas. Se mueve a través de la arena y acumula fuerza de fricción a medida que se mueve. Creemos que, en cierto punto, las fuerzas de fricción son demasiado altas para que el motor las maneje hasta que acumule suficiente voltaje. De hecho, conducir la corriente es una opción que analizamos pero no pudimos ejecutarla a tiempo (encontramos el problema demasiado tarde el viernes)
Compruebe si la caja de cambios se atasca cuando se le aplica una fuerza lateral. Un cojinete externo (a la izquierda de la polea en la foto) probablemente resolvería eso. Eso explicaría el aumento del par motor mientras se reduce la "fuerza" en la celda de carga.
Sugiero que si está utilizando una CC para controlar el motor, probablemente no pueda suministrar suficiente corriente para realizar el trabajo.

Respuestas (2)

Debido a que la fricción no varía linealmente con la velocidad en este sistema, tendrá dificultades para obtener una velocidad constante con un sistema de bucle abierto.

En una aproximación de primer orden, el par motor es proporcional a la corriente y la velocidad del motor es proporcional al voltaje. De hecho, en un motor ideal que no tiene resistencia de devanado y es impulsado por una fuente de voltaje ideal, esto es exactamente cierto. Por lo tanto, puede intentar seleccionar un motor con una resistencia de devanado baja y asegurarse de que su controlador de motor tenga la menor impedancia posible. Esto le dará una mejor regulación de la velocidad en un sistema de bucle abierto.

Probablemente también ayude seleccionar un motor con una transmisión de alta calidad con poca holgura. Cualquier falla en la transmisión realmente hará las cosas difíciles. Quizás un husillo de bolas de alta calidad le proporcione una transmisión más lineal y predecible.

Otra solución mecánica sería un volante de inercia que, si es lo suficientemente masivo, suavizaría las variaciones de par de la acción de la palanca deslizante hasta un nivel manejable.

Sin embargo, si realmente necesita una velocidad predecible, apuesto a que necesitará un sistema de circuito cerrado. Tienes un par de opciones aquí. Un tacómetro como mencionas sería genial, pero probablemente quieras que esté en el eje del motor, antes de la reducción mecánica. Aquí se vuelve aún más importante tener una buena transmisión, de lo contrario, toda la pendiente de transmisión aparecerá como un error en sus mediciones, incluso si la regulación de la velocidad del motor es perfecta.

Una solución algo menos ideal es medir la fuerza contraelectromotriz del motor. Es posible que no obtenga la misma precisión y capacidad de respuesta que con un tacómetro, pero no requiere piezas adicionales. Consulte ¿Cómo puedo medir la fuerza contraelectromotriz para inferir la velocidad de un motor de CC?

Un enfoque final que puede considerar es usar un motor paso a paso . Siempre que pueda seleccionar un motor y una transmisión con suficiente par máximo para que no se pierdan pasos, entonces puede obtener una velocidad constante en un sistema de circuito abierto. Un problema aquí puede ser la ondulación de alto par de dichos motores, lo que podría ser un problema para su experimento.

El problema básico parece ser mecánico, no eléctrico. Su motor no tiene suficiente potencia a baja velocidad para realizar la tarea que desea. En pocas palabras, está utilizando el motor equivocado.

Para arreglar esto, consigue un motor más potente. Si no necesita mucha velocidad del motor, redúzcalo. Incluso el motor que tiene ahora puede arrastrar el cable sin problemas a baja velocidad con algunos engranajes allí. Desea el engranaje para que el cable se mueva a la velocidad máxima que desea probar cuando el motor está funcionando un poco por debajo de su velocidad máxima prevista. Quizás su motor actual realmente pueda hacer esto con el engranaje correcto entre él y la carga.

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