De stroomlus van een controller: PI-regelaars, versterkingswaarden en bandbreedte

Wanneer u versnelt, geeft u geen spanning aan, maar een koppel, en dus een stroom. De controller moet ervoor zorgen dat de werkelijke stroom in de motor deze waarde volgt, ondanks veranderingen in snelheid, de afname van de batterij en de opwarming van de motor. Dit werk wordt uitgevoerd door een stroomlus, opgebouwd rond zogenaamde PI-regelaars. De afstelling van deze regelaars maakt het verschil tussen een soepele en precieze motor en een motor die fluit, trilt of traag reageert.

De rol van de stroomlus

Bij vectoriële regeling worden twee stromen geregeld: de q-stroom, die het koppel produceert, en de d-stroom, die op nul wordt gehouden of wordt gebruikt voor demagnetisatie. Elke as heeft zijn eigen regelaar. Tijdens elke schakelperiode ontvangen ze het verschil tussen de gewenste waarde en de gemeten waarde, en berekenen ze de spanning die moet worden toegepast.

P staat voor proportioneel

De "proportionele" instelling past een correctie toe die evenredig is met de afwijking: een grote afwijking leidt tot een grote correctie. Hij reageert direct. Op zichzelf laat hij echter een kleine, constante afwijking achter, omdat er een bepaalde afwijking nodig is voordat hij in actie komt. En als de versterking te hoog is, compenseert hij te veel: de stroom oscilleert rond het ingestelde punt.

I zoals integraal

De integrale waarde berekent de afwijking over de tijd. Zolang er een afwijking bestaat, zelfs een kleine, wordt deze gecorrigeerd, totdat deze verdwijnt. Deze correctie compenseert bijvoorbeeld de spanning die door de motor wordt opgewekt tijdens het draaien, en die toeneemt met de snelheid. Als de correctie te sterk is, kan dit leiden tot overcorrecties en trillingen.

Bereken de winst op basis van de motor

Een motorwikkeling gedraagt zich, voor de stroomlus, als een weerstand in serie met een inductantie. Dit maakt een systematische afstelling mogelijk:

• men bandbreedte;
• De proportionele versterking is gelijk aan de inductantie vermenigvuldigd met deze bandbreedte
• De totale versterking is gelijk aan de weerstand vermenigvuldigd met dezelfde bandbreedte.

Met deze instelling compenseert de regelaar precies het gedrag van de spoel, en de stroom volgt de ingestelde waarde met de gewenste snelheid, zonder overschrijding. Daarom meet de motortest de weerstand en de inductie: de resultaten daarvan zijn cruciaal.

Hoe ver kun je gaan met de snelheid?

We willen een zo snel mogelijke regellus. Maar deze wordt beperkt door de frequentie waarmee de controller meet en corrigeert, namelijk de schakelfrequentie, en door de meet- en rekentijden. In de praktijk houden we de bandbreedte van de regellus aanzienlijk onder de schakelfrequentie. Daarboven wordt de regellus instabiel: de motor maakt een fluitend geluid, de stroom oscilleert en de controller kan overbelasting detecteren.

Wanneer de spanning te laag is: verzadiging

Bij hoge snelheid kan de regelaar meer spanning vragen dan de batterij kan leveren. De aangelegde spanning bereikt een maximum, de stroom blijft niet op hetzelfde niveau, en de integraalterm blijft de afwijking accumuleren. Wanneer de situatie ontspant, veroorzaakt deze accumulatie een schok. Serieuze controllers beperken daarom de accumulatie tijdens de verzadiging: dit is de "anti-overbelasting" van de integrator. Het is ook in dit gebied dat men gebruik maakt van veldverzwakking.

De lussen rond de stroomlus

De stroomlus is de snelste en meest interne lus. Andere, langzamere lussen kunnen hierop leunen:

• een snelheidsregeling, die de stroomsterkte instelt om een bepaalde snelheid te handhaven (snelheidsregelaar, snelheidsbegrenzer);
• een positielus, voor robots en actuatoren;
• beperkers, die de ingestelde waarde verlagen op basis van de temperatuur of de spanning van de batterij.

Bij een elektrische scooter bepaalt de gashendel meestal direct de stroomsterkte: dit zorgt voor een direct en controleerbaar gevoel van trekkracht.