Tokovna zanka krmilnika: regulatorji PI, ojačitve in pasovna širina

Ko pospešujete, ne ukazujete napetosti, temveč navor, torej tok. Krmilnik mora poskrbeti, da dejanski tok v motorju sledi tej referenci, ne glede na spreminjajočo se hitrost, padajočo napetost baterije in segrevanje motorja. To delo je zaupano tokovni zanki, zgrajeni okoli t. i. regulatorjev PI. Njihova nastavitev pomeni razliko med mehkim in natančnim motorjem ter motorjem, ki žvižga, vibrira ali se odziva omahovaje.

Vloga tokovne zanke

Pri vektorskem krmiljenju se regulirata dva toka: tok q, ki ustvarja navor, in tok d, ki se ohranja na ničli ali uporablja za odvzem vzbujanja. Vsaka os ima svoj regulator. Ob vsakem preklopnem obdobju prejmejo odstopanje med referenco in meritvijo ter izračunajo napetost, ki jo je treba uporabiti.

P kot proporcionalno

Proporcionalni člen uporabi popravek, soroden odstopanju: veliko odstopanje, velik popravek. Odzove se nemudoma. Vendar pa sam po sebi pusti majhno stalno odstopanje, saj je za njegovo delovanje potrebno odstopanje. In če je njegova ojačitev previsoka, prekomerno popravlja: tok niha okoli reference.

I kot integralno

Integralni člen sčasoma sešteva odstopanje. Dokler odstopanje vztraja, tudi majhno, njegova korektura narašča, dokler ga ne izbriše. Prav on na primer kompenzira napetost, ki jo motor proizvaja pri vrtenju in narašča s hitrostjo. Če je premočan, povzroča prekoračitve in počasna nihanja.

Izračun ojačitev glede na motor

Navitje motorja se za tokovno zanko obnaša kot upornost v seriji z induktivnostjo. To omogoča metodično nastavitev:

• izbere se želena hitrost zanke, njena pasovna širina;
• proporcionalna ojačitev je enaka induktivnosti, pomnoženi s to pasovno širino;
• integralna ojačitev je enaka upornosti, pomnoženi s to isto pasovno širino.

s s tem izborom regulator natančno nadomesti obnašanje navitja, tok pa sledi referenci z izbrano hitrostjo, brez prekoračitev. Zato zaznavanje motorja meri upornost in induktivnost: ojačitve izhajajo iz tega.

Kako daleč iti s hitrostjo

Zanko bi želeli imeti čim hitrejšo. Vendar jo omejuje frekvenca, s katero krmilnik meri in popravlja, to je preklopna frekvenca, ter zakasnitve meritev in izračunov. V praksi pasovno širino zanke ohranjamo občutno pod preklopno frekvenco. Preko tega zanka postane nestabilna: motor žvižga, tok niha, krmilnik lahko sproži nadtokovno zaščito.

Ko primanjkuje napetosti: zasičenje

Pri visoki hitrosti lahko regulator zahteva več napetosti, kot jo baterija lahko zagotovi. Uporabljena napetost doseže zgornjo mejo, tok več ne sledi, integralni člen pa še naprej zbira odstopanje. Ko se situacija razreši, to kopičenje povzroči sunek. Resni krmilniki zato omejujejo kopičenje med zasičenjem: to je preprečevanje pobega integratorja. V tem območju se zatekamo tudi k odvzemu vzbujanja.

Zanke okoli tokovne zanke

Tokovna zanka je najhitrejša in najbolj notranja. Druge, počasnejše zanke se lahko opirajo nanjo:

• hitrostna zanka, ki določa referenco toka za vzdrževanje hitrosti (regulator hitrosti, omejevanje);
• pozicijska zanka za robote in pogone;
• omejevalniki, ki zmanjšujejo referenco glede na temperaturo ali napetost baterije.

Na skiroju plin na splošno neposredno ukazuje referenco toka: to daje občutek ostrega in dozirljivega navora.