¿Cuál es la razón principal para usar retroalimentación de velocidad en un sistema de control de posicionamiento de motores?

Esta pregunta no es para resolver un problema en particular, sino más bien uno de principio para comprender la razón principal por la que un diseñador querría incluir retroalimentación de velocidad en un sistema de posicionamiento controlado por motor. Y espero que un experto veterano en control de motores pueda ayudar a responderla.

Considere un controlador en cascada con desplazamiento siendo el lazo más externo (retroalimentación del codificador), seguido de un controlador de velocidad (codificador o retroalimentación del tacómetro) y el lazo más interno, un lazo de retroalimentación de corriente (usando resistencias de derivación, dispositivos Hall, etc.)

Está claro que la corriente está directamente relacionada con el par, por lo que ayuda a superar la perturbación del par, así como a acelerar la constante de tiempo eléctrica efectiva. Ayuda a linealizar la transductancia de corriente (comando) a par.

Pero, ¿qué hace el bucle de velocidad (speed) para mejorar el rendimiento? ¿Proporciona más linealización? Hasta donde yo sé, no hay una perturbación de 'velocidad' de la que preocuparse.

Por lo general, si selecciona las ganancias P, I y D del controlador de desplazamiento en las proporciones correctas (sintonización), entonces puede arreglárselas sin un bucle de velocidad entre los controladores de posición y de corriente.

El control en cascada promete un control más estricto, hay más perillas para girar, pero ¿cuál es la ventaja real de tener velocidad en la cascada?

La retroalimentación de velocidad es una amortiguación viscosa.

Respuestas (2)

La retroalimentación de la velocidad es lo mismo que la retroalimentación de la tasa de cambio de la distancia en función del tiempo, por lo que su pregunta realmente se reduce a por qué podría usar una señal de retroalimentación proporcional y una señal diferencial.

La respuesta simple es que cuando se usa correctamente, la señal de velocidad retroalimentada puede reducir la velocidad a la que el sistema se ubica en la posición objetivo y reduce un poco el efecto de sobreimpulso y búsqueda. En otras palabras, es un factor estabilizador en presencia de la inercia del sistema.

Tal vez investigue un poco sobre los controladores de tres términos o los controladores PID. P significa proporcional, I integral y D diferencial. El diferencial es el mismo efecto que una señal de velocidad en un sistema de control de posición.

¿Por qué desperdiciar el gasto de un sensor de velocidad, circuitos adicionales cuando simplemente puede aumentar la ganancia P en el controlador PID de bucle de posición para lograr lo mismo?

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Derecha: la retroalimentación de velocidad y su ganancia de bucle pueden proporcionar 'amortiguación' en el control de posición. Pero, ¿por qué desperdiciar el gasto de un sensor de velocidad, circuitos adicionales cuando simplemente puede aumentar la ganancia P en el controlador PID de bucle de posición para lograr lo mismo: un aumento en la amortiguación?
@docscience, proporcione un ejemplo específico donde se implemente la retroalimentación de velocidad si desea un análisis más detallado.
@docscience - "simplemente puede aumentar la ganancia P en el controlador PID del bucle de posición para lograr lo mismo" - lo siento, pero eso es simplemente incorrecto. El diferencial de un seno es esencialmente una versión con cambio de fase del original, por lo que el uso juicioso de un término D permite el control del cambio de fase, y un ejemplo clásico de un oscilador es un amplificador con más de ganancia unitaria y un cambio de fase de 180 grados Por lo tanto, la estabilidad no puede (en general) garantizarse sin tener en cuenta la fase, y esto se traduce en el uso del término D en un sistema.
@docscience Rara vez tiene un sensor de velocidad dedicado; generalmente, la velocidad solo se calcula a partir del sensor de posición (codificador). El ciclo de velocidad no agrega hardware, solo software, en estos casos.
Bueno, eso podría funcionar en simulación. Añadir sensor, ruido de planta y saturación.
@WhatRoughBeast Usé PID como, quizás, un mal ejemplo, pero uno podría sintetizar un compensador en el bucle de posición que lograría la misma dinámica efectiva que podría ofrecer el bucle de velocidad. La diferencia es que tiene medición de velocidad REAL en un caso, no en el otro. Entonces, ¿qué ofrece esa retroalimentación REAL?
@docscience, no está más cerca de tener una medición de velocidad REAL con un generador de tacómetro (por ejemplo) que al diferenciar la señal. Si el objetivo del juego es un posicionamiento preciso, entonces el sensor de posición DEBE ser absolutamente confiable para contener toda la información relevante con respecto a la posición y la velocidad. Un tacogenerador variará su salida con la temperatura y el tiempo. Puede obtener los precisos, por supuesto, pero estos cuestan. Un diferenciador de amplificador operacional (o un fragmento de código) cuesta prácticamente nada en comparación e inevitablemente da un mejor resultado.
Precioso GIF :-).

Muchos controladores de posición usan trayectorias para movimientos punto a punto. Esto les da un mejor control de la velocidad, la aceleración y el "tirón" (tasa de cambio de aceleración).

La forma en que funciona este proceso es que genera una curva de "velocidad deseada frente al tiempo", en función de la distancia que desea moverse, así como la velocidad máxima y la aceleración que desea.

Luego, opera el motor en un modo de velocidad de bucle cerrado, donde la velocidad real se controla para que coincida con la velocidad del perfil. Un lazo de posición más débil se envuelve alrededor del lazo de velocidad para ajustar la velocidad deseada.

¿Cuál es la razón principal para usar retroalimentación de velocidad en un sistema de control de posicionamiento de motores?
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