Strömslingan i en styrenhet: PI-regulatorer, förstärkning och bandbredd
När du gasar, kommunicerar du inte en spänning, utan ett vridmoment, vilket innebär en ström. Styrsystemet måste se till att den faktiska strömmen i motorn följer detta värde, trots att hastigheten förändras, batteriet laddas ur och motorn blir varm. Detta arbete utförs av en strömslinga, som är byggd kring så kallade PI-regulatorer. Deras inställning avgör om motorn känns mjuk och precis, eller om den låter, vibrerar eller reagerar trögt.
Det viktigaste
- En regulator jämför den uppmätta strömmen med det önskade värdet och justerar spänningen som appliceras för att korrigera eventuella avvikelser.
- Termen som är proportionell reagerar omedelbart på skillnaden, medan termen som är integrerad eliminerar skillnaden som kvarstår.
- Den optimala prestandan beräknas utifrån motorns resistans och induktans.
- En för snabb slinga blir instabil och bullrig; en för långsam slinga gör motorn slö och oprecis.
Funktionen hos strömkretsen
En vektorstyrning regleras två strömmar: strömmen q, som genererar vridmoment, och strömmen d, som hålls på noll eller används för att minska magnetfältet. Varje axel har sin egen regulator. Vid varje tidssteg tar regulatorerna emot skillnaden mellan önskat värde och det uppmätta värdet, och beräknar spänningen som ska appliceras.
P som proportionell
Termen "proportional" applicerar en korrigering som är proportionell mot avvikelsen: stor avvikelse, stor korrigering. Den reagerar omedelbart. Ensam lämnar den dock en liten, permanent avvikelse, eftersom det krävs en viss avvikelse för att den ska fungera. Och om dess förstärkning är för hög, överkorrigerar den: strömmen oscillerar runt det önskade värdet.
I som i "intégral"
Termen "integral" summerar avvikelsen över tid. Så länge en avvikelse kvarstår, även om den är liten, kommer korrektionen att öka tills den eliminerar avvikelsen. Det är denna korrektion som kompenserar för, till exempel, spänningen som genereras av motorn när den roterar, vilket ökar med hastigheten. Om den är för stark kan den orsaka överstyrning och långsamma svängningar.
Beräkna vinsten baserat på motorn
En motormotorlindning beter sig, ur ett strömkrets-perspektiv, som ett motstånd i serie med en induktans. Detta möjliggör en metodisk justering:
- man väljer den önskade hastigheten för loopen, dess bandbredd;
- Förstärkningen i förhållande till frekvensen är lika med induktansen multiplicerad med detta frekvensomfång
- Den totala förstärkningen är lika med resistansen multiplicerad med samma bandbredd.
Med detta val kompenserar regulatorn exakt beteendet hos lindningen, och strömmen följer det valda värdet med den önskade hastigheten, utan överskridanden. Det är därför motordetektionen mäter resistans och induktans: fördelarna härrör från dessa mätningar.
Hur snabbt kan man åka?
Vi vill ha en så snabb återkopplingsslinga som möjligt. Men den är begränsad av hur ofta styrenheten mäter och korrigerar, det vill säga pwm-frekvensen, och av mät- och beräkningsfördröjningarna. I praktiken håller vi bandbredden på återkopplingsslingan betydligt under pwm-frekvensen. Om bandbredden överstiger detta, blir återkopplingsslingan instabil: motorn låter, strömmen fluktuerar, och styrenheten kan stänga av på grund av överström.
När spänningen är otillräcklig: mättnad
Vid hög hastighet kan regulatorn begära en högre spänning än batteriet kan leverera. Den applicerade spänningen når en gräns, strömmen följer inte längre med, och integraltermen fortsätter att ackumulera skillnaden. När situationen löses upp orsakar denna ackumulering en ryckning. Seriösa regulatorer begränsar därför ackumuleringen under mättnad: detta är "anti-överbelastningsfunktionen" för integratoren. Det är också i detta område som man använder fältavmagnetisering.
Loopar runt strömkretsloopen
Strömkretsen är den snabbaste och innersta. Andra kretsar, som är långsammare, kan utnyttja den:
- en sluten slinga för hastighetsreglering, som ställer in strömgränsen för att bibehålla en viss hastighet (farthållare, hastighetsbegränsning);
- En positionsloop, för robotar och ställdon
- begränsare, som minskar den inställda effekten beroende på batteriets temperatur eller spänning.
På en elscooter styr gasreglaget vanligtvis direkt strömstyrkan: detta ger en känsla av direkt och kontrollerbar vridmoment.
Vanliga frågor
Varför låter min motor så högt efter en manuell justering?
Det är troligtvis en för snabb strömloop eller att förstärkningen inte stämmer överens med motorn. Strömmen oscillerar med hög frekvens och får lindningarna att vibrera. Att återgå till de förstärkningar som beräknades under automatisk inställning löser oftast problemet.
Behöver förstärkningen justeras manuellt?
Sällan. De beräknas utifrån de uppmätta resistans- och induktansvärdena och är lämpliga i de flesta fall. Man ändrar dem bara om det finns en specifik anledning, och då med möjlighet att observera strömmen.
Vad händer om motorparametrarna är felaktiga?
Värdena beräknas felaktigt, vilket resulterar i att systemet blir antingen slappt eller instabilt. Detta är en av anledningarna till att man utför omkalibrering efter att motor eller fasledningar har bytts ut.