Điều khiển động cơ DC - đường cong mô-men xoắn tốc độ

Tôi gặp một số khó khăn khi hiểu cách sử dụng thực tế đường cong mô-men xoắn tốc độ của động cơ DC.

Tôi hiểu rằng độ dốc của đường cong mô-men xoắn tốc độ được xác định bởi thiết kế của động cơ, vị trí chính xác của đường cong tùy thuộc vào điện áp được áp dụng. Vì vậy, nếu điện áp được thay đổi, đường cong mô-men xoắn tốc độ cũng thay đổi nhưng vẫn song song với đường cong ban đầu trước khi điện áp được thay đổi. Xem hình dưới đây.

Vì vậy, dự đoán trực quan của tôi là khi sử dụng động cơ tại một điểm vận hành mong muốn (tốc độ mong muốn và mô-men xoắn mong muốn), đường cong mô-men xoắn tốc độ tương ứng Cd có một độ dốc được chỉ định trong bảng dữ liệu của động cơ và đi qua điểm vận hành. Đường cong Cd này thu được ở điện áp Vd tương ứng . Xem sơ đồ dưới đây.

Vì vậy, dự đoán tiếp theo của tôi là để động cơ hoạt động tại điểm vận hành mong muốn này, bạn phải đặt điện áp đặt vào động cơ thành Vd và áp dụng Id hiện tại (được tính bằng mô-men xoắn và hằng số mô-men xoắn).

Bây giờ từ những gì tôi đọc đây không phải là những gì được thực hiện trong bộ điều khiển động cơ DC. Những thứ này dường như chỉ điều khiển động cơ sử dụng dòng điện và một số loại ma thuật PWM như được hiển thị trong sơ đồ sau bởi maxon.

Bất cứ ai cũng biết tại sao điện áp không được sử dụng trong điều khiển động cơ DC và chỉ có dòng điện là? Tôi không hiểu làm thế nào bạn có thể đặt tốc độ nếu bạn không sửa đổi điện áp? Và PWM hữu ích cho việc gì?

Tôi đã tìm kiếm hàng giờ qua internet và không thể tìm thấy bất cứ điều gì có liên quan.

Cảm ơn,

Antoine.

Vấn đề là bạn không thể kiểm soát cả điện áp và dòng điện. Bạn áp dụng một điện áp, và động cơ rút ra bất cứ dòng điện nào nó muốn (tùy thuộc vào khả năng của bạn để cung cấp dòng điện đó). Ngoài ra, bạn tạo một bộ điều khiển hiện tại tự động điều chỉnh điện áp để duy trì dòng điện mong muốn.

Một sự tương tự sẽ đẩy một vật qua mật ong. Điện áp tương đương với lực bạn đang áp dụng và dòng điện tương đương với tốc độ của vật thể.

Đối tượng di chuyển với tốc độ phụ thuộc vào mức độ bạn đẩy mạnh và kích thước của đối tượng. Bạn không thể chọn đẩy nhẹ nhàng và nhanh chóng, và bạn không thể chọn đẩy thật mạnh và chậm. Nếu bạn muốn đối tượng di chuyển ở một tốc độ nhất định, bạn không có lựa chọn nào khác ngoài việc điều chỉnh lượng lực bạn áp dụng cho đến khi nó di chuyển với tốc độ đó. Nếu nó di chuyển quá nhanh, bạn giảm lực. Quá chậm, và bạn tăng lực.

Đây là cách một động cơ được điều khiển. PWM 'ma thuật' chỉ là một cách để kiểm soát điện áp mà không làm cho bộ điều khiển điện áp trở nên thực sự nóng. (Thay thế là một nguồn điện áp tuyến tính, sẽ rất nóng).

Trước khi chúng ta tìm hiểu những gì đang xảy ra trong bộ điều khiển động cơ, sẽ đáng để xem xét một biểu đồ khác:

Ở đây chúng ta có thể thấy rằng mô-men xoắn được tạo ra bởi động cơ hoàn toàn là một chức năng của dòng điện chạy qua các cuộn dây, và nó khá tuyến tính. Nếu bạn muốn tạo ra một mô-men xoắn nhất định tại động cơ, tất cả những gì bạn cần làm là tìm kiếm trên biểu đồ cho dòng điện yêu cầu, sau đó báo cho bộ điều khiển hiện tại của bạn để cung cấp dòng điện này. Nó thực hiện điều này bằng cách liên tục đo dòng điện thực tế và điều chỉnh điện áp tại động cơ (sử dụng ma thuật PWM).

Bây giờ chúng tôi có một tình huống rất hay cho bộ điều khiển robot của chúng tôi. Giả sử một thế giới không có ma sát, mô-men xoắn của động cơ tỷ lệ thuận với gia tốc. Nếu bạn có thể kiểm soát gia tốc, thì bạn có thể dễ dàng kiểm soát vận tốc và vị trí của động cơ.

Bộ điều khiển vị trí động cơ biết quỹ đạo cần thiết từ động cơ và có thể tính toán cần bao nhiêu mô-men xoắn tại mọi điểm trong quỹ đạo này (vì nó biết gia tốc tại mọi điểm trong quỹ đạo). Nó cũng đang xem xét vị trí thực tế của động cơ, điều này sẽ không hoàn toàn chính xác do ma sát và sử dụng lỗi vị trí đó để điều chỉnh lượng mô-men xoắn mà nó muốn. Sau đó, nó chuyển đổi nhu cầu mô-men xoắn thành nhu cầu hiện tại và cung cấp cho bộ điều khiển hiện tại.

Và ở đó bạn có một servo.