Strujna petlja kontrolera: PI regulatori, pojačanja i propusnost

Iz radionice Rage Mechanics, u Lyonu. Objavljeno 2026-11-03. Čitanje: 4 min.

Kada ubrzavate, ne upravljate naponom, već okretnim momentom, dakle strujom. Kontroler mora osigurati da stvarna struja u motoru prati tu zadanu vrijednost, unatoč promjenama brzine, padu napona baterije i zagrijavanju motora. Taj posao obavlja strujna petlja, izgrađena oko tzv. PI regulatora. Njihovo podešavanje čini razliku između motora koji radi glatko i precizno te motora koji zviždi, vibrira ili reagira tromo.

Osnove

  • Regulator uspoređuje izmjerenu struju sa zadanom vrijednošću i prilagođava primijenjeni napon kako bi ispravio odstupanje.
  • Proporcionalni član reagira odmah na odstupanje; integralni član briše odstupanje koje i dalje postoji.
  • Ispravna pojačanja izračunavaju se na temelju otpora i induktiviteta motora.
  • Prebrza petlja postaje nestabilna i bučna; prespora čini motor tromim i nepreciznim.

Uloga strujne petlje

Kod vektorskog upravljanja reguliraju se dvije struje: q-struja, koja stvara okretni moment, i d-struja, koja se održava na nuli ili koristi za defluksiranje. Svaka os ima svoj regulator. U svakom ciklusu prebacivanja primaju razliku između zadane i izmjerene vrijednosti te izračunavaju napon koji treba primijeniti.

P kao proporcionalno

Proporcionalni član primjenjuje korekciju proporcionalnu odstupanju: veliko odstupanje, velika korekcija. Reagira odmah. Ipak, sam po sebi ostavlja malo trajno odstupanje, jer je potrebno odstupanje da bi djelovao. A ako je njegovo pojačanje preveliko, pretjerano korigira: struja oscilira oko zadane vrijednosti.

I kao integralno

Integralni član zbraja odstupanje tijekom vremena. Sve dok odstupanje postoji, čak i malo, njegova korekcija raste dok ga ne poništi. On je taj koji kompenzira, na primjer, napon koji motor proizvodi dok se vrti, a koji raste s brzinom. Ako je prejak, uzrokuje prekoračenja i spore oscilacije.

Izračun pojačanja na temelju motora

Namotaj motora se za strujnu petlju ponaša kao otpornik u seriji s induktivitetom. To omogućuje metodično podešavanje:

  • odabire se željena brzina petlje, njezina propusnost;
  • proporcionalno pojačanje jednako je induktivitetu pomnoženom s tom propusnošću;
  • integralno pojačanje jednako je otporu pomnoženom s tom istom propusnošću.

Ovim odabirom regulator točno kompenzira ponašanje namotaja, a struja prati zadanu vrijednost željenom brzinom, bez prekoračenja. Zato detekcija motora mjeri otpor i induktivitet: pojačanja proizlaze iz njih.

Dokle ići s brzinom

Željeli bismo petlju što je moguće bržu. Ali ona je ograničena frekvencijom kojom kontroler mjeri i ispravlja, odnosno frekvencijom prebacivanja, te kašnjenjima u mjerenju i izračunu. U praksi, propusnost petlje držimo znatno ispod frekvencije prebacivanja. Iznad toga, petlja postaje nestabilna: motor zviždi, struja oscilira, kontroler može aktivirati zaštitu od prekomjerne struje.

Kada nedostaje napona: zasićenje

Pri velikim brzinama, regulator može zahtijevati više napona nego što ga baterija isporučuje. Primijenjeni napon doseže maksimum, struja više ne prati zadanu vrijednost, a integralni član nastavlja akumulirati odstupanje. Kada se situacija otkloni, ta akumulacija uzrokuje trzaj. Ozbiljni kontroleri stoga ograničavaju akumulaciju tijekom zasićenja: to je anti-windup integratora. Također, u ovoj zoni pribjegavamo defluksiranju.

Petlje oko strujne petlje

Strujna petlja je najbrža i najunutarnija. Druge, sporije petlje mogu se oslanjati na nju:

  • petlja brzine, koja postavlja zadanu vrijednost struje za održavanje brzine (tempomat, ograničenje);
  • petlja položaja, za robote i aktuatore;
  • ograničivači, koji smanjuju zadanu vrijednost ovisno o temperaturi ili naponu baterije.

Na električnom romobilu, gas obično izravno upravlja zadanom vrijednošću struje: to je ono što daje osjećaj izravnog i doziranog okretnog momenta.

Česta pitanja

Zašto moj motor glasno zviždi nakon ručnog podešavanja?

Vjerojatno je strujna petlja prebrza ili pojačanja ne odgovaraju motoru. Struja oscilira na visokoj frekvenciji i vibrira namotaje. Povratak na pojačanja izračunata detekcijom obično rješava problem.

Treba li pojačanja podešavati ručno?

Rijetko. Izračunata na temelju izmjerenog otpora i induktiviteta, odgovaraju u velikoj većini slučajeva. Mijenjaju se samo za specifične potrebe, uz opremu za praćenje struje.

Što se događa ako su parametri motora pogrešni?

Pojačanja su pogrešno izračunata: petlja postaje ili troma ili nestabilna. To je jedan od razloga zašto ponavljamo detekciju nakon promjene motora ili faznih kabela.