El circuito de control de un controlador: reguladores PI, ganancias y ancho de banda

Cuando acelera, no está controlando un voltaje, sino un par, y por lo tanto, una corriente. El controlador debe asegurarse de que la corriente real en el motor siga esta instrucción, a pesar de que la velocidad cambie, la batería se descargue y el motor se caliente. Este trabajo se realiza mediante un bucle de corriente, construido alrededor de reguladores llamados PI. Su ajuste marca la diferencia entre un motor suave y preciso y un motor que emite un silbido, vibra o reacciona de forma lenta.

El papel del circuito de corriente

En la control vectorial, se regulan dos corrientes: la corriente q, que genera el par, y la corriente d, que se mantiene en cero o se utiliza para la desmagnetización. Cada eje tiene su propio regulador. En cada período de conmutación, estos reguladores reciben la diferencia entre el valor deseado y el valor medido, y calculan el voltaje a aplicar.

P como proporcional

El término "proporcional" aplica una corrección proporcional a la desviación: una gran desviación implica una gran corrección. Reacciona de forma inmediata. Sin embargo, por sí solo, deja una pequeña desviación permanente, ya que se necesita una desviación para que funcione. Además, si su ganancia es demasiado alta, produce una sobrecorrección: la corriente oscila alrededor del valor deseado.

I como integral

El término integral suma la desviación a lo largo del tiempo. Mientras persista una desviación, incluso pequeña, su corrección aumenta hasta eliminarla. Es este término el que compensa, por ejemplo, la tensión producida por el motor al girar, que aumenta con la velocidad. Si es demasiado fuerte, provoca sobrecompensaciones y oscilaciones lentas.

Calcular la potencia obtenida del motor

Un bobinado de motor, para el circuito de corriente, se comporta como una resistencia en serie con una inductancia. Esto permite un ajuste metódico:

• se elige la velocidad deseada del bucle, su ancho de banda;
• La ganancia proporcional es igual a la inductancia multiplicada por esta banda de frecuencia
• La ganancia total es igual a la resistencia multiplicada por el mismo ancho de banda.

Con esta configuración, el regulador compensa exactamente el comportamiento del bobinado, y la corriente sigue la consigna con la rapidez elegida, sin excederse. Es por eso que la detección del motor mide la resistencia y la inductancia: los beneficios resultan de ello.

¿Hasta dónde se puede llegar en términos de velocidad?

Se busca una respuesta lo más rápida posible. Sin embargo, esta está limitada por la frecuencia con la que el controlador mide y corrige, es decir, la frecuencia de conmutación, y por los retrasos en la medición y el cálculo. En la práctica, se mantiene el ancho de banda de la bucle significativamente por debajo de la frecuencia de conmutación. Más allá de ese límite, la bucle se vuelve inestable: el motor emite un silbido, la corriente oscila y el controlador puede activarse por sobrecorriente.

Cuando la tensión es insuficiente: la saturación

A alta velocidad, el regulador puede solicitar más voltaje del que la batería proporciona. El voltaje aplicado se estabiliza, la corriente deja de seguir, y el término integral continúa acumulando la diferencia. Cuando la situación se resuelve, esta acumulación provoca un golpe. Los controladores serios limitan esta acumulación durante la saturación: esto es el "anti-embalamiento" del integrador. También es en esta zona donde se utiliza el desmagnetización.

Las bobinas alrededor del bucle de corriente

El circuito de corriente es el más rápido y el más interno. Otros circuitos, más lentos, pueden basarse en él:

• un circuito de control de velocidad, que establece la corriente de referencia para mantener una velocidad determinada (control de velocidad, limitación)
• un circuito de posición, para robots y actuadores;
• limitadores, que reducen la potencia de salida según la temperatura o el voltaje de la batería.

En un patinete, el acelerador generalmente controla directamente la señal de corriente: esto proporciona una sensación de par motor directo y controlable.