Контурът на тока на един контролер: регулатори PI, коефициенти и честотна лента

Когато ускорявате, вие не задавате напрежение, а въртящ момент, което означава ток. Контролерът трябва да се погрижи реалният ток в двигателя да следва тази зададена стойност, въпреки променящата се скорост, изтощаващата се батерия и загряването на двигателя. Тази задача се изпълнява от цикъл на управление на тока, изграден около регулатори, наречени PI. Настройката на тези регулатори определя разликата между плавен и прецизен двигател и двигател, който издава свистящи звуци, вибрира или реагира бавно.

Ролята на контура за управление на тока

В векторното управление, два тока се регулират: токът q, който генерира въртящия момент, и токът d, който се поддържа на нула или се използва за намаляване на магнитното поле. Всеки вал има свой регулатор. През всеки период на дискретизация, регулаторите получават разликата между зададената стойност и измерената стойност и изчисляват напрежението, което трябва да бъде приложено.

P като пропорционален

Терминът "пропорционален" прилага корекция, пропорционална на отклонението: голямо отклонение, голяма корекция. Той реагира незабавно. Самостоятелно, обаче, той оставя малко постоянно отклонение, тъй като е необходимо някакво отклонение, за да може да функционира. И ако неговата усилваща способност е твърде висока, той прекоригира: токът осцилира около зададената стойност.

I, като цяло

Терминът "интеграл" сумира отклонението във времето. Докато съществува отклонение, дори и малко, неговата корекция се увеличава, докато не бъде напълно елиминирано. Именно той компенсира, например, напрежението, генерирано от мотора при въртене, което се увеличава със скоростта. Ако е твърде силен, той може да предизвика превишения и бавни колебания.

Изчисляване на мощността, генерирана от двигателя

Намотката на мотор се държи, по отношение на електрическата верига, като резистор, свързан последователно с индуктивност. Това позволява методична настройка:

• избираме желаната скорост на цикъла, неговата ширина на честотната лента;
• Увеличението е пропорционално на индуктивността, умножена по тази честотна лента
• Общата печалба е равна на съпротивлението, умножено по същата честотна лента.

С този избор, регулаторът компенсира точно поведението на намотката, и токът следва зададената стойност с избраната скорост, без превишаване. Ето защо, откриването на мотора измерва съпротивлението и индуктивността: подобренията произтичат от тези данни.

Колко бързо можем да караме?

Искаме да постигнем възможно най-бърза реакция. Но тя е ограничена от честотата, с която контролерът измерва и коригира, тоест от честотата на импулсното модулиране (PWM) на контролера, както и от закъсненията при измерване и изчисления. На практика, запазваме честотната лента на системата значително под честотата на импулсното модулиране. Над тази граница, системата става нестабилна: двигателят издава неприятни звуци, токът се колебае, а контролерът може да се изключи поради претоварване.

Когато напрежението е недостатъчно: настъпва насищане

При висока скорост, контролерът може да изисква по-високо напрежение, отколкото батерията може да осигури. Приложеното напрежение достига своя максимум, токът вече не се увеличава, а интегралният член продължава да акумулира разликата. Когато ситуацията се промени, тази акумулация причинява рязко ускорение. Сериозните контролери ограничават тази акумулация по време на насищане: това е функцията за предотвратяване на претоварване на интегратора. Именно в тази област се използва и техниката за намаляване на потока (дефлуксаж).

Контурите около контура на тока

Контурът на тока е най-бързият и вътрешен. Други контури, които са по-бавни, могат да се базират на него:

• един контур за контрол на скоростта, който задава желаното ниво на ток, за да поддържа определена скорост (регулатор на скоростта, ограничение);
• завъртаща се верига за позициониране, предназначена за роботи и задвижващи механизми;
• ограничители, които намаляват зададената стойност в зависимост от температурата или напрежението на батерията.

При електрическите тротинетки, газта обикновено контролира директно зададената стойност на тока: това осигурява усещане за ясен и регулируем въртящ момент.