Bucla de control a unui controller: regulatoare PI, factori de amplificare și lățime de bandă

Când accelerați, nu comandați o tensiune, ci un cuplu, adică un curent. Controlerul trebuie să se asigure că curentul real din motor urmează această comandă, în ciuda faptului că viteza se schimbă, bateria se descarcă și motorul se încălzește. Această sarcină este îndeplinită de o buclă de curent, construită în jurul unor regulatoare numite PI. Reglarea acestor regulatoare face diferența dintre un motor fin și precis și un motor care produce zgomot, vibrează sau reacționează lent.

Rolul buclei de curent

În controlul vectorial (FOC), două curenți sunt reglați: curentul q, care generează cuplul, și curentul d, menținut la zero sau utilizat pentru demagnetizare. Fiecare axă are propriul său regulator. La fiecare ciclu de comutare, aceștia primesc diferența dintre valoarea dorită și valoarea măsurată și calculează tensiunea care trebuie aplicată.

P ca proporțional

Termenul "proporțional" aplică o corecție proporțională cu diferența: o diferență mare implică o corecție mare. Acesta reacționează imediat. Singur, totuși, lasă o mică diferență permanentă, deoarece este necesară o anumită diferență pentru ca acesta să funcționeze. Și dacă valoarea sa este prea mare, acesta corectează excesiv: curentul oscilează în jurul valorii dorite.

I, ca în "integral"

Termenul integral calcule suma diferențelor în timp. Atâta timp cât există o diferență, chiar și una mică, corecția acesteia crește, până când o anulează. Acesta compensează, de exemplu, tensiunea produsă de motor în timpul rotației, care crește odată cu viteza. Dacă este prea puternic, poate provoca depășiri și oscilații lente.

Calculați câștigurile pe baza motorului

Un bobinaj de motor, pentru circuitul de curent, se comportă ca o rezistență în serie cu o inductanță. Acest lucru permite o reglare metodică:

• se alege viteza dorită a buclei, precum și lățimea de bandă;
• Câștigul proporțional este egal cu inductanța înmulțită cu această lățime de bandă
• Câștigul total este egal cu rezistența înmulțită cu aceeași bandă de frecvențe.

Cu această opțiune, regulatorul compensează exact comportamentul bobinajului, iar curentul urmează valoarea setată cu rapiditatea aleasă, fără depășiri. De aceea, detectarea motorului măsoară rezistența și inductanța: avantajele rezultă din aceste măsurători.

Până unde se poate merge în ceea ce privește viteza

Se dorește o buclă cât mai rapidă. Însă, aceasta este limitată de frecvența cu care controlerul măsoară și corectează, adică de frecvența de comutare, și de întârzierile de măsurare și de calcul. În practică, se menține lățimea de bandă a buclei semnificativ sub frecvența de comutare. Depășind această limită, bucla devine instabilă: motorul produce un sunet ascuțit, curentul oscilează, iar controlerul poate declanșa o alarmă de suprasarcină.

Când tensiunea este insuficientă: saturația

La vite, regulatorul poate solicita o tensiune mai mare decât cea furnizată de baterie. Tensiunea aplicată atinge o limită maximă, curentul nu mai crește, iar termenul integral continuă să acumuleze diferența. Când situația se redresează, această acumulare provoacă o smucitură. Controlerele performante limitează acumularea în timpul acestei situații de suprasarcină: aceasta este funcția de anti-suprasarcină a integratorului. De asemenea, în această zonă se utilizează reducerea fluxului magnetic.

Buclile din jurul buclei de curent

Bucla de curent este cea mai rapidă și cea mai interioară. Alte bucle, mai lente, pot funcționa pe baza acesteia:

• Un circuit de viteză, care stabilește valoarea curentului necesară pentru a menține o viteză constantă (controlul vitezei, limitarea)
• o buclă de poziție, utilizată pentru roboți și actuatoare;
• limitatoare, care reduc valoarea setată în funcție de temperatura sau tensiunea bateriei.

La majoritatea trotinetelor, accelerația controlează direct valoarea curentului: acest lucru oferă o senzație de cuplu precisă și controlabilă.