Gleichstrommotorsteuerung - Drehzahl-Drehmoment-Kurve

Ich habe einige Probleme zu verstehen, wie man die Drehzahl-Drehmoment-Kurve eines Gleichstrommotors praktisch verwendet.

Ich verstehe, dass der Gradient der Drehzahl-Drehmoment-Kurve durch die Konstruktion des Motors definiert wird, wobei die genaue Position der Kurve von der angelegten Spannung abhängt. Wenn also die Spannung geändert wird, ändert sich auch die Drehzahl-Drehmoment-Kurve, bleibt jedoch parallel zur Anfangskurve, bevor die Spannung geändert wurde. Siehe Abbildung unten.

Meine intuitive Vermutung ist also, dass bei Verwendung des Motors an einem bestimmten gewünschten Betriebspunkt (gewünschte Drehzahl und gewünschtes Drehmoment) die entsprechende Drehzahl-Drehmoment-Kurve Cd einen im Datenblatt des Motors angegebenen Gradienten aufweist und durch den Betriebspunkt verläuft. Diese Kurve Cd wird bei einer entsprechenden Spannung Vd erhalten . Siehe Abbildung unten.

Meine nächste Vermutung ist also, dass Sie, um den Motor an diesem gewünschten Betriebspunkt arbeiten zu lassen, die an den Motor angelegte Spannung auf Vd einstellen und einen Strom Id anlegen müssen (berechnet anhand des Drehmoments und der Drehmomentkonstante).

Nach dem, was ich gelesen habe, ist dies nicht das, was in Gleichstrommotorsteuerungen gemacht wird. Diese scheinen den Motor nur mit Strom und einer Art PWM-Magie anzutreiben, wie in der folgenden Abbildung von maxon gezeigt.

Weiß jemand, warum bei der Gleichstrommotorsteuerung keine Spannung verwendet wird und nur Strom? Ich verstehe nicht, wie Sie die Geschwindigkeit einstellen können, wenn Sie die Spannung nicht ändern? Und wofür ist PWM nützlich?

Ich habe stundenlang über das Internet gesucht und konnte nichts Relevantes finden.

Vielen Dank,

Antoine.

Das Problem ist, dass Sie nicht sowohl die Spannung als auch den Strom steuern können. Sie legen eine Spannung an und der Motor zieht den gewünschten Strom (abhängig von Ihrer Fähigkeit, diesen Strom zu liefern). Alternativ stellen Sie einen Stromregler her, der die Spannung automatisch anpasst, um den gewünschten Strom aufrechtzuerhalten.

Eine Analogie wäre, ein Objekt durch Honig zu schieben. Die Spannung entspricht der Kraft, die Sie ausüben, und der Strom entspricht der Geschwindigkeit des Objekts.

Das Objekt bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die davon abhängt, wie stark Sie drücken und wie groß das Objekt ist. Sie können sich nicht dafür entscheiden, sanft und schnell zu drücken, und Sie können sich nicht dafür entscheiden, wirklich hart und langsam zu drücken. Wenn Sie möchten, dass sich das Objekt mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, haben Sie keine andere Wahl, als die von Ihnen ausgeübte Kraft anzupassen, bis es sich mit dieser Geschwindigkeit bewegt. Wenn es sich zu schnell bewegt, reduzieren Sie die Kraft. Zu langsam und Sie erhöhen die Kraft.

So wird ein Motor gesteuert. PWM 'Magic' ist nur eine Möglichkeit, die Spannung zu steuern, ohne dass der Spannungsregler richtig heiß wird. (Die Alternative ist eine lineare Spannungsquelle, die sehr heiß wird).

Bevor wir uns mit den Vorgängen in der Motorsteuerung befassen, sollten Sie sich ein anderes Diagramm ansehen:

Hier können wir sehen, dass das vom Motor erzeugte Drehmoment nur eine Funktion des durch die Wicklungen fließenden Stroms ist und ziemlich linear ist. Wenn Sie ein bestimmtes Drehmoment am Motor erzeugen möchten, müssen Sie nur in der Grafik nach dem erforderlichen Strom suchen und dann Ihren Stromregler anweisen, diesen Strom zu liefern. Dazu wird ständig der tatsächliche Strom gemessen und die Spannung am Motor angepasst (mithilfe von PWM-Magie).

Jetzt haben wir eine sehr schöne Situation für die Steuerung unseres Roboters. Unter der Annahme einer Welt ohne Reibung ist das Motordrehmoment proportional zur Beschleunigung. Wenn Sie die Beschleunigung steuern können, können Sie die Geschwindigkeit und Position des Motors leicht steuern.

Der Motorpositionsregler kennt die benötigte Flugbahn vom Motor und kann berechnen, wie viel Drehmoment er an jedem Punkt während dieser Flugbahn benötigt (da er die Beschleunigung an jedem Punkt der Flugbahn kennt). Es wird auch die tatsächliche Position des Motors betrachtet, die aufgrund von Reibung nicht ganz korrekt ist, und dieser Positionsfehler wird verwendet, um das gewünschte Drehmoment einzustellen. Es wandelt dann den Drehmomentbedarf in einen Strombedarf um und gibt diesen an den Stromregler weiter.

Und da hast du ein Servo.