Управление двигателем постоянного тока - кривая скорость-крутящий момент

У меня возникли проблемы с пониманием того, как практически использовать кривую скорость-крутящий момент двигателя постоянного тока.

Я понимаю, что градиент кривой скорость-крутящий момент определяется конструкцией двигателя, точное положение кривой зависит от приложенного напряжения. Таким образом, при изменении напряжения кривая скорость-крутящий момент также изменяется, но остается параллельной начальной кривой до изменения напряжения. Смотрите рисунок ниже.

Таким образом, мое интуитивное предположение состоит в том, что при использовании двигателя в заданной требуемой рабочей точке (требуемой скорости и требуемого крутящего момента) соответствующая кривая Cd скорость-крутящий момент имеет градиент, указанный в технических данных двигателя, и проходит через рабочую точку. Эта кривая Cd получается при соответствующем напряжении Vd . Смотрите схему ниже.

Поэтому мое следующее предположение состоит в том, что для того, чтобы двигатель работал в этой желаемой рабочей точке, вы должны установить напряжение, приложенное к двигателю, на Vd и применить ток Id (вычисленный с использованием крутящего момента и постоянной крутящего момента).

Теперь из того, что я прочитал, это не то, что сделано в контроллерах двигателей постоянного тока. Похоже, что они управляют двигателем только с помощью тока и какой-то магии ШИМ, как показано на следующей диаграмме maxon.

Кто-нибудь знает, почему напряжение не используется в управлении двигателем постоянного тока, а только ток? Я не понимаю, как вы можете установить скорость, если вы не изменяете напряжение? А для чего нужен ШИМ?

Я часами искал по интернету и не смог найти ничего актуального.

Спасибо,

Антуан.

Проблема в том, что вы не можете контролировать как напряжение, так и ток. Вы подаете напряжение, и двигатель потребляет любой ток, который он хочет (в зависимости от вашей способности подавать этот ток). В качестве альтернативы, вы делаете регулятор тока, который автоматически регулирует напряжение для поддержания желаемого тока.

Аналогия будет проталкивать объект через мед. Напряжение равно силе, которую вы прикладываете, а ток - скорости объекта.

Объект движется со скоростью, которая зависит от того, насколько сильно вы нажимаете, и от размеров объекта. Вы не можете выбрать толчок мягко и быстро, и вы не можете выбрать толчок действительно сильно и медленно. Если вы хотите, чтобы объект двигался с определенной скоростью, у вас нет другого выбора, кроме как отрегулировать величину прилагаемой силы, пока он не будет двигаться с этой скоростью. Если он движется слишком быстро, вы уменьшаете силу. Слишком медленно, и вы увеличиваете силу.

Вот как двигатель управляется. «Волшебство» ШИМ - это просто способ управления напряжением, которое не вызывает перегрева контроллера напряжения. (Альтернативой является линейный источник напряжения, который очень сильно нагревается).

Прежде чем мы перейдем к тому, что происходит в контроллере мотора, стоит взглянуть на другой график:

Здесь мы видим, что крутящий момент, создаваемый двигателем, является функцией тока, протекающего через обмотки, и он довольно линейный. Если вы хотите создать определенный крутящий момент на двигателе, все, что вам нужно сделать, это посмотреть на графике требуемый ток, а затем попросить контроллер тока подать этот ток. Это осуществляется путем постоянного измерения фактического тока и регулировки напряжения на двигателе (с использованием ШИМ-магии).

Теперь у нас очень хорошая ситуация для контроллера нашего робота. Предполагая мир без трения, крутящий момент двигателя пропорционален ускорению. Если вы можете контролировать ускорение, то вы можете легко контролировать скорость и положение двигателя.

Контроллер положения двигателя знает необходимую ему траекторию от двигателя и может рассчитать, сколько крутящего момента ему нужно в каждой точке во время этой траектории (поскольку он знает ускорение в каждой точке траектории). Он также смотрит на фактическое положение двигателя, которое не совсем корректно из-за трения, и использует эту ошибку положения для регулировки требуемого крутящего момента. Затем он преобразует требование крутящего момента в текущее требование и передает его контроллеру тока.

И там у вас есть сервопривод.