Số lượng được kích hoạt vật lý thực tế khi điều khiển vị trí của servo là gì?

Tôi đang cố gắng tìm hiểu về điều khiển servo. Tôi đã thấy rằng phương pháp điều khiển vị trí chung nhất cho các servo là PID, trong đó đầu vào điều khiển là lỗi vị trí. Tuy nhiên, tôi không chắc chắn về số lượng được kích hoạt. Tôi đoán rằng đó là một trong:

• Điện áp đặt vào động cơ
• Áp dụng hiện tại cho động cơ

Sau đó, tôi đoán rằng số lượng được kích hoạt được chuyển thành một trong:

• Mô-men xoắn mà động cơ cố gắng
• Vận tốc góc mà động cơ chạy ở

Tôi chưa thể bắt tay và điều khiển rõ ràng một servo vật lý để tôi không thể xác nhận rằng số lượng được kích hoạt là bất kỳ số nào trong số này. Tôi biết rất ít các thiết bị điện tử điều khiển động cơ. Cũng có thể là số lượng được kiểm soát là khác nhau đối với các chuỗi khác nhau.

Đặt cược của tôi là kiểm soát mô-men xoắn. Tuy nhiên, giả sử rằng servo đang giữ một trọng lượng ở khoảng cách xa (vì vậy nó đang tác dụng với trọng lực), có nghĩa là tải mô-men xoắn xấp xỉ không đổi. Trong trường hợp này, nếu lỗi vị trí bằng 0 và servo ở trạng thái nghỉ, thì mỗi thành phần P, I và D đều bằng 0, có nghĩa là mô-men xoắn gây ra bằng không. Điều này sẽ làm cho trọng lượng chìm xuống, được khắc phục bởi lỗi ở vị trí của nó làm cho các thành phần P, I tăng lên. Không phải tình huống này sẽ khiến trọng lượng nâng lên dao động và cân bằng ở vị trí không đổi khác biệt đáng kể so với vị trí mục tiêu? Đây không phải là trường hợp với các video của servo mà tôi đã thấy nâng tạ. Hay đây là trường hợp và ma sát đang làm trơn tru mọi thứ? Xin hãy giúp tôi hiểu.

điều khiển động cơ

số lượng được kích hoạt là gì

Có, đầu ra của thiết bị điện tử điều khiển và đầu vào của động cơ, trong trường hợp đơn giản nhất - động cơ nam châm vĩnh cửu DC - là điện áp đặt vào động cơ .

Trong các trường hợp khác, đầu ra của thiết bị điện tử điều khiển là chu kỳ hoạt động của điện áp PWM được đặt trực tiếp vào động cơ hoặc gián tiếp với dây "tín hiệu" của servo điều khiển vô tuyến . Họ làm việc một chút khác nhau.

Trong các trường hợp khác, nhiều người kiểm soát vị trí bằng cách sử dụng động cơ bước . Chúng hoạt động rất khác so với động cơ nam châm vĩnh cửu DC.

động cơ

số lượng được kích hoạt được chuyển thành

Gợi ý của bạn về " điều khiển mô-men xoắn " là gần đúng khi động cơ rất chậm hoặc dừng lại.

Cái gọi là "back-EMF" được tạo ra bởi động cơ bởi "hành động của máy phát" tỷ lệ thuận với tốc độ góc của nó. EMF back này cho phép động cơ được sử dụng làm máy phát điện, chẳng hạn như động cơ / máy phát điện được sử dụng trong một vài chiếc xe và phá vỡ tái sinh được sử dụng trong một vài chiếc xe. (Một phần của EMF phía sau là do "tự động" của cuộn dây, nhưng phần đó thường không đáng kể, vì vậy tôi sẽ không đề cập thêm - bài báo bạn đề cập có giải thích tốt).

Bất cứ lúc nào, dòng điện trong động cơ tỷ lệ thuận với điện áp được áp dụng trừ đi EMF ngược. Trong khi đó, mô-men xoắn cơ học do động cơ tạo ra xấp xỉ tỷ lệ với dòng điện đó.

Do đó ở tốc độ thấp, mô-men xoắn cơ học do động cơ tạo ra tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào. Nhưng ở tốc độ dương cao, mô-men xoắn được tạo ra bởi điện áp dương cực đại ít hơn; "tốc độ tối đa" thường được định nghĩa là tốc độ mà điện áp dương cực đại cho mô-men xoắn bằng không.

PID

giả sử rằng servo đang giữ một trọng lượng ở khoảng cách xa (vì vậy nó đang tác dụng với trọng lực), có nghĩa là tải mô-men xoắn xấp xỉ không đổi. Trong trường hợp này, nếu lỗi vị trí bằng 0 và servo ở trạng thái nghỉ, thì mỗi thành phần P, I và D đều bằng 0, có nghĩa là mô-men xoắn gây ra bằng không. Điều này sẽ làm cho trọng lượng chìm xuống, được khắc phục bởi lỗi ở vị trí của nó làm cho các thành phần P, I tăng lên. Không phải tình huống này sẽ khiến trọng lượng nâng lên dao động và cân bằng ở vị trí không đổi khác biệt đáng kể so với vị trí mục tiêu?

Có 2 trường hợp khác nhau: trạng thái ngắn hạn ngay sau khi một số tải nặng được áp dụng và trạng thái dài hạn sau khi cánh tay được phép giải quyết.

Vui lòng nói với người đã nói với bạn rằng "nếu lỗi vị trí bằng 0 và servo không hoạt động, thì thành phần I bằng 0" để thử nghiệm với bộ điều khiển PID hoặc đọc thêm một chút về các hệ thống điều khiển ( a , b , c , d , e ) hoặc cả hai, để lấp đầy lỗ hổng trong kiến ​​thức của mình về những gì thành phần I làm trong bộ điều khiển PID.

PID với thành phần gần như bằng 0

Trong ngắn hạn, các thành phần P, I và D khởi đầu ở mức xấp xỉ bằng 0 và do đó mô-men xoắn được tạo ra xấp xỉ bằng không. Khi Fred đột nhiên áp dụng một tải nặng, không có đủ mô-men xoắn để giữ nó ở vị trí, vì vậy nó chìm xuống. Lỗi ở vị trí của nó làm cho các thành phần P, I tăng lên. Nếu, theo giả thuyết, người ta có một bộ điều khiển trong đó thành phần I hoàn toàn bị bỏ qua , thì cánh tay sẽ ổn định ở một vị trí không đổi, như bạn đã đề cập. Cánh tay sẽ ổn định tại vị trí mà điện áp được cung cấp bởi bộ điều khiển (tỷ lệ với P, sai số tại vị trí) là đủ chính xác để giữ trọng lượng.

PID với thành phần I đáng kể

Tuy nhiên, với bộ điều khiển PID mà bạn đã đề cập, thành phần I tăng miễn là có bất kỳ lỗi nào . Cuối cùng, sẽ có đủ thành phần I tích lũy để bộ điều khiển tăng điện áp quá đủ để giữ trọng lượng, đẩy trọng lượng trở lại về điểm không có lỗi. Việc có vượt quá trọng lượng hay không phụ thuộc vào cách điều chỉnh bộ điều khiển PID, nhưng miễn là các thành phần P, I, D ở gần một giá trị hợp lý, bộ điều khiển PID cuối cùng sẽ ổn định ở trạng thái:

• cánh tay ổn định ở gần như chính xác vị trí mục tiêu (với thực tế là không có lỗi)
• do đó, các thành phần P và D thực tế bằng không
• Thành phần I không bằng 0 - nó vẫn có một số giá trị lớn được tích lũy trước đó khi cánh tay nằm dưới vị trí mong muốn.
• các thiết bị điện tử điều khiển (vì thành phần I không bằng 0) điều khiển động cơ với một số điện áp
• động cơ chuyển đổi điện áp đó thành một số mô-men xoắn giữ trọng lượng lên tại vị trí mục tiêu.

Nhiều hệ thống điều khiển robot đủ nhanh để chúng hội tụ về trạng thái cuối cùng này trong vòng một phần mười giây.

Khi Fred (chơi khăm đó!) Gạt trọng lượng ra khỏi cánh tay, mặc dù cánh tay đã ở vị trí mục tiêu, thành phần I tích lũy cao khiến cánh tay bật lên. Lỗi nhỏ đó làm cho thành phần I tích lũy bị chảy máu, và (hy vọng sớm thôi) cánh tay trở về vị trí mục tiêu gần như chính xác (với thực tế là không có lỗi).

Trực giác của bạn là đúng nhưng câu hỏi của bạn thực sự là một chút, tôi sẽ nói. Các biến kiểm soát thực sự là vị trí. Những gì bạn muốn biết là biến nào được kích hoạt, nghĩa là chúng ta sử dụng cái gì để kiểm soát vị trí.

Tôi không biết nhiều về phần bên trong của động cơ servo, nhưng khi thực hiện điều khiển PID cho động cơ DC, việc sử dụng điện áp đặt vào động cơ thông qua điều chế độ rộng xung là khá phổ biến.

Về phần thứ hai của câu hỏi của bạn, một phần của những gì bạn thấy có lẽ là do bánh răng hoặc đơn giản là điều chỉnh thích hợp của bộ điều khiển, nhưng tôi không thể nói nhiều về nó mà không xem các video bạn đề cập.

Nếu bạn muốn biết thêm về sự tương tác của tốc độ góc, mô-men xoắn, v.v., bạn nên tìm kiếm các mô hình động cơ DC, một trong những khối xây dựng của động cơ servo. Bằng cách đó, bạn sẽ thấy rằng người ta thường cho rằng vận tốc góc tỷ lệ thuận với dòng điện phần ứng và những thứ khác, và hiểu cách hộp màu xanh mà tờ giấy trắng bạn đề cập đại diện cho động cơ.

Xin lỗi nếu điều này đến muộn:

Nếu bạn đang nói về động cơ RC kiểu, thì ổ đĩa thực tế cho động cơ ở dạng điện áp điều chế độ rộng xung: bộ khuếch đại servo chỉ bật động cơ hoàn toàn theo hướng này hoặc hướng khác, trong một khoảng thời gian được xác định bởi sự khác biệt giữa vị trí đo và vị trí đích được xác định bởi độ rộng của xung đến.

Cuộc sống trở nên phức tạp bởi các động cơ "kỹ thuật số" mới hơn - Tôi không thể thề với các hoạt động bên trong của chúng, nhưng ổ đĩa cho động cơ gần như chắc chắn là một loại nào đó, chỉ với tốc độ nhanh hơn so với servo tương tự kiểu cũ bộ khuếch đại. Không có lý do gì mà nó không thể được mô tả dưới đây, ngoại trừ có một căn phòng nhỏ quý giá bên trong một RC servo, vì vậy rất có thể không có phép đo hiện tại nào được thực hiện, và do đó tham số mà bộ vi xử lý điều khiển là PWM chu kỳ nhiệm vụ.

Làm thế nào các cơ chế servo trong công nghiệp được kiểm soát là một câu trả lời rộng hơn nhiều: về cơ bản, nó có thể xảy ra bất kỳ cách nào mà nhà thiết kế nghĩ là phù hợp. Ổ đĩa động cơ có thể thông qua một bộ khuếch đại tuyến tính được cấu hình để lái một dòng điện hoặc điện áp, hoặc nó có thể thông qua một bộ khuếch đại chuyển đổi (tức là PWM). Trong trường hợp bộ khuếch đại chuyển mạch, bản thân bộ khuếch đại có thể là tương tự và được cấu hình cho chu kỳ nhiệm vụ dòng điện không đổi, điện áp không đổi hoặc không đổi.

Thông thường trong một cơ chế servo "pro" với động cơ không chổi than hoặc không chổi than, sẽ có một vòng bên trong phục vụ dòng điện của động cơ (và cả mô-men xoắn). Đây không phải là quá nhiều để cung cấp bất kỳ lợi thế lớn nào trong việc kiểm soát vì nó đơn giản hóa rất nhiều giới hạn dòng điện cho động cơ, điều này là cần thiết nếu bạn muốn giữ tất cả khói đắt tiền đó trong động cơ nơi nó thuộc về. Vòng lặp dòng điện bên trong (và do đó mô-men xoắn) thường sẽ được bọc bởi một vòng tốc độ có thể cảm nhận được tốc độ của trục động cơ hoặc suy ra nó từ EMF trở lại của động cơ (và cung cấp một phương tiện thuận tiện để hạn chế động cơ, nếu đó là cần thiết). Cuối cùng, vòng lặp tốc độ đó được bao bọc bởi một vòng lặp vị trí.