Controllo motore DC - curva velocità-coppia

Ho qualche problema a capire come usare praticamente la curva velocità-coppia di un motore DC.

Capisco che il gradiente della curva velocità-coppia è definito dal design del motore, l'esatta posizione della curva in base alla tensione applicata. Pertanto, se la tensione viene modificata, anche la curva coppia-velocità viene modificata, ma rimane parallela alla curva iniziale prima che la tensione fosse cambiata. Vedi figura sotto.

Quindi la mia ipotesi intuitiva è che quando si utilizza il motore in un determinato punto di funzionamento desiderato (velocità desiderata e coppia desiderata), la curva di coppia-velocità Cd corrispondente ha una pendenza specificata nella scheda tecnica del motore e passa attraverso il punto di funzionamento. Questa curva Cd è ottenuta ad una corrispondente tensione Vd . Vedi diagramma sotto.

Quindi la mia prossima ipotesi è che per far funzionare il motore in questo punto di funzionamento desiderato, è necessario impostare la tensione applicata al motore su Vd e applicare un ID corrente (calcolato utilizzando la coppia e la costante di coppia).

Ora, da quello che ho letto, questo non è ciò che viene fatto nei controller del motore DC. Questi sembrano guidare il motore solo usando la corrente e una sorta di magia PWM, come mostrato nel diagramma seguente da maxon.

Qualcuno sa perché la tensione non viene utilizzata nel controllo del motore DC e solo la corrente lo è? Non capisco come è possibile impostare la velocità se non si modifica la tensione? E a cosa serve la PWM?

Ho cercato ore su Internet e non sono riuscito a trovare nulla di rilevante.

Grazie,

Antoine.

Il problema è che non è possibile controllare sia la tensione che la corrente. Applicate una tensione e il motore assorbe la corrente che desidera (in base alla vostra capacità di fornire quella corrente). In alternativa, si crea un controller di corrente che regola automaticamente la tensione per mantenere la corrente desiderata.

Un'analogia sarebbe spingere un oggetto attraverso il miele. La tensione è equivalente alla forza che stai applicando e la corrente è equivalente alla velocità dell'oggetto.

L'oggetto si muove a una velocità che dipende dalla forza con cui stai spingendo e dalle dimensioni dell'oggetto. Non puoi scegliere di spingere delicatamente e rapidamente e non puoi scegliere di spingere molto forte e lentamente. Se vuoi che l'oggetto si sposti a una certa velocità, non hai altra scelta che regolare la quantità di forza che applichi fino a quando non si muove a quella velocità. Se si muove troppo velocemente, riduci la forza. Troppo lento e aumenti la forza.

Ecco come viene controllato un motore. La "magia" PWM è solo un modo per controllare la tensione che non provoca il surriscaldamento del controller di tensione. (L'alternativa è una sorgente di tensione lineare, che diventerà molto calda).

Prima di entrare in quello che sta succedendo nel controller del motore, varrebbe la pena guardare un grafico diverso:

Qui possiamo vedere che la coppia prodotta dal motore è puramente una funzione della corrente che scorre attraverso gli avvolgimenti, ed è piuttosto lineare. Se si desidera produrre una determinata coppia sul motore, è sufficiente cercare sul grafico la corrente richiesta, quindi dire al controller corrente di erogare questa corrente. Lo fa misurando costantemente la corrente effettiva e regolando la tensione sul motore (usando la magia PWM).

Ora abbiamo una situazione molto bella per il controller del nostro robot. Supponendo un mondo senza attrito, la coppia del motore è proporzionale all'accelerazione. Se riesci a controllare l'accelerazione, puoi facilmente controllare la velocità e la posizione del motore.

Il controller di posizione del motore conosce la traiettoria di cui ha bisogno dal motore e può calcolare quanta coppia ha bisogno in ogni punto durante questa traiettoria (perché conosce l'accelerazione in ogni punto della traiettoria). Sta anche osservando la posizione effettiva del motore, che non sarà del tutto corretta a causa dell'attrito, e usa quell'errore di posizione per regolare la quantità di coppia che desidera. Converte quindi la richiesta di coppia in una richiesta corrente e la fornisce al controller corrente.

E lì hai un servo.