O circuito de corrente de um controlador: reguladores PI, ganhos e largura de banda

Quando você acelera, você não está controlando uma tensão, mas sim um torque, e portanto, uma corrente. O controlador deve garantir que a corrente real no motor siga essa referência, apesar das mudanças de velocidade, da descarga da bateria e do aquecimento do motor. Esse trabalho é realizado por um laço de corrente, construído em torno de reguladores chamados PI. O ajuste desses reguladores faz a diferença entre um motor suave e preciso e um motor que emite ruídos, vibra ou reage de forma lenta.

O papel do circuito de corrente

Em controle vetorial (FOC), duas correntes são reguladas: a corrente q, que gera o torque, e a corrente d, que é mantida em zero ou utilizada para a desmagnetização. Cada eixo possui seu próprio regulador. Em cada ciclo de disparo, eles recebem a diferença entre o valor desejado e a medição, e calculam a tensão a ser aplicada.

P como proporcional

O termo "proporcional" aplica uma correção proporcional à diferença: quanto maior a diferença, maior a correção. Ele reage imediatamente. Sozinho, no entanto, ele deixa uma pequena diferença permanente, pois é necessário um certo nível de diferença para que ele entre em ação. E se o seu ganho for muito alto, ele corrige em excesso: a corrente oscila em torno do valor desejado.

Como integral

O termo integral acumula a diferença ao longo do tempo. Enquanto uma diferença persistir, mesmo que pequena, sua correção aumenta até eliminá-la. É ele que compensa, por exemplo, a tensão produzida pelo motor ao girar, que aumenta com a velocidade. Se for muito forte, pode causar ultrapassagens e oscilações lentas.

Calcular os ganhos a partir do motor

Um enrolamento de motor, para o circuito de corrente, comporta-se como uma resistência em série com uma indutância. Isso permite um ajuste metódico:

• escolhe-se a velocidade desejada do ciclo, sua largura de banda;
• O ganho proporcional é igual à indutância multiplicada pela largura de banda
• O ganho total é igual à resistência multiplicada pela mesma largura de banda.

Com esta configuração, o regulador compensa precisamente o comportamento da bobina, e a corrente segue o valor desejado com a rapidez escolhida, sem ultrapassar o limite. É por isso que a detecção do motor mede a resistência e a indutância: os resultados obtidos a partir dessas medições são cruciais.

Até que ponto é possível aumentar a velocidade?

Gostaríamos de uma resposta do sistema o mais rápida possível. No entanto, essa resposta é limitada pela frequência com que o controlador mede e corrige, ou seja, pela frequência de chaveamento, e pelos atrasos nas medições e cálculos. Na prática, mantemos a largura de banda do sistema significativamente abaixo da frequência de chaveamento. Acima desse limite, o sistema se torna instável: o motor emite um ruído, a corrente oscila e o controlador pode disparar por sobrecorrente.

Quando a tensão é insuficiente: a saturação

Em alta velocidade, o controlador pode solicitar mais tensão do que a bateria pode fornecer. A tensão aplicada atinge um limite máximo, a corrente deixa de acompanhar, e o termo integral continua a acumular a diferença. Quando a situação se normaliza, essa acumulação causa um tranco. Os controladores mais avançados limitam essa acumulação durante a saturação: isso é o "anti-embalamento" do integrador. É também nessa área que se utiliza o desmagnetização.

As bobinas ao redor da bobina de corrente

O circuito de corrente é o mais rápido e o mais interno. Outros circuitos, mais lentos, podem se basear nele:

• um circuito de velocidade, que define a corrente de referência para manter uma velocidade constante (controlador de velocidade, limitador);
• um circuito de posição, para robôs e atuadores;
• limitadores, que reduzem a potência máxima de acordo com a temperatura ou a tensão da bateria.

Em uma scooter elétrica, o acelerador geralmente controla diretamente o valor de corrente: isso proporciona uma sensação de torque responsivo e controlável.