Controle do motor CC - curva velocidade-torque


8

Estou tendo problemas para entender como usar praticamente a curva de velocidade e torque de um motor CC.

Entendo que o gradiente da curva velocidade-torque é definido pelo design do motor, a posição exata da curva dependendo da tensão aplicada. Portanto, se a tensão for alterada, a curva velocidade-torque também será alterada, mas permanecerá paralela à curva inicial antes da alteração da tensão. Veja a figura abaixo.

insira a descrição da imagem aqui

Portanto, meu palpite intuitivo é que, ao usar o motor em um dado ponto de operação desejado (velocidade e torque desejado), a curva de velocidade-torque Cd correspondente tem um gradiente especificado na folha de dados do motor e passa pelo ponto de operação. Essa curva Cd é obtida na tensão Vd correspondente . Veja o diagrama abaixo.

insira a descrição da imagem aqui

Portanto, meu próximo palpite é que, para que o motor opere nesse ponto de operação desejado, é necessário definir a tensão aplicada ao motor em Vd e aplicar um ID de corrente (calculado usando o torque e a constante de torque).

Agora, pelo que li, não é o que é feito nos controladores de motor CC. Estes parecem apenas acionar o motor usando corrente e algum tipo de mágica PWM, como é mostrado no diagrama a seguir pela maxon.

insira a descrição da imagem aqui

Alguém sabe por que a tensão não é usada no controle do motor DC e apenas a corrente é? Eu não entendo como você pode definir a velocidade, se você não modificar a tensão? E para que serve o PWM?

Procurei horas na Internet e não encontrei nada relevante.

Obrigado,

Antoine.

Respostas:


5

O problema é que você não pode controlar a tensão e a corrente. Você aplica uma tensão e o motor consome qualquer corrente que desejar (sujeito à sua capacidade de fornecer essa corrente). Como alternativa, você cria um controlador de corrente que ajusta automaticamente a tensão para manter a corrente desejada.

Uma analogia seria empurrar um objeto através do mel. A tensão é equivalente à força que você está aplicando e a corrente é equivalente à velocidade do objeto.

O objeto se move a uma velocidade que depende da força que você está pressionando e das dimensões do objeto. Você não pode optar por empurrar com suavidade e rapidez, e não pode optar por empurrar muito forte e lentamente. Se você deseja que o objeto se mova a uma certa velocidade, não tem escolha a não ser ajustar a quantidade de força que aplica até que se mova nessa velocidade. Se estiver se movendo muito rápido, você reduz a força. Muito devagar, e você aumenta a força.

É assim que um motor é controlado. A 'mágica' do PWM é apenas uma maneira de controlar a tensão que não faz com que o controlador de tensão fique realmente quente. (A alternativa é uma fonte de tensão linear, que ficará realmente quente).

Antes de entrarmos no que está acontecendo no controlador do motor, vale a pena olhar para um gráfico diferente:

Gráfico de torque da corrente do motor

Aqui podemos ver que o torque produzido pelo motor é puramente uma função da corrente que flui através dos enrolamentos, e é bastante linear. Se você deseja produzir um certo torque no motor, basta procurar no gráfico a corrente necessária e, em seguida, informar ao seu controlador atual para fornecer essa corrente. Isso é feito medindo constantemente a corrente real e ajustando a tensão no motor (usando magia PWM).

Agora temos uma situação muito agradável para o controlador do nosso robô. Assumindo um mundo sem atrito, o torque do motor é proporcional à aceleração. Se você pode controlar a aceleração, pode controlar facilmente a velocidade e a posição do motor.

O controlador de posição do motor conhece a trajetória de que ele precisa e pode calcular quanto torque precisa em todos os pontos dessa trajetória (porque conhece a aceleração em todos os pontos da trajetória). Ele também está olhando para a posição real do motor, que não estará correta devido ao atrito, e usa esse erro de posição para ajustar a quantidade de torque que deseja. Em seguida, converte a demanda de torque em uma demanda atual e fornece isso ao controlador atual.

E aí você tem um servo.


Ok, então o que eu entendo é que a variável final realmente ajustada e inserida no motor é a voltagem U. Essa voltagem U é ajustada de modo a obter o ID de corrente desejado dentro do motor. Agora, qual é a relação entre U e Id? Quero dizer, se observado I! = Id, como U deve ser ajustado? Essa relação é simplesmente U = R x Id? (com R sendo a resistência terminal do motor dada na folha de dados). Eu acho que estou começando a chegar lá!
arennuit

Outra coisa que entendi é que a tensão aplicada ao motor não é realmente U, mas Upwm. Upwm sendo um sinal PWM cortado, o que significa é U. E a razão para usar Upwm em vez de U está em algum tipo de razão térmica. Isso está certo?
arennuit

@arennuit - Um motor não age como um resistor, então a única maneira de controlar a corrente é com algum controlador de corrente ativo. Você pode ver em seu diagrama, a corrente real é medida e retornada ao controlador atual. Mas essa é outra pergunta, e provavelmente a que é melhor perguntada no Electronics Stack Exchange .
Rocketmagnet

11
@arennuit - Quanto ao motivo do uso do PWM, essa é outra questão também. Mas, brevemente, se você ligar ou desligar completamente um interruptor (por exemplo, transistor), haverá muito pouco aquecimento. Se você tentar limitar a corrente ativando-a parcialmente, ela ficará quente. Imagine o interruptor como suas mãos e a corrente como uma corda sendo puxada através deles. Se você segurar a corda com força para que ela não possa se mover, ou se você deixar a corda puxar completamente livremente, tudo estará bem. Mas se você tentar diminuir a velocidade da corda pressionando-a, poderá sofrer queimaduras graves.
Rocketmagnet

Seus parabols são muito autoexplicativos. Muito obrigado Rocketmagnet!
arennuit
Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.