Controle do motor CC - curva velocidade-torque

Estou tendo problemas para entender como usar praticamente a curva de velocidade e torque de um motor CC.

Entendo que o gradiente da curva velocidade-torque é definido pelo design do motor, a posição exata da curva dependendo da tensão aplicada. Portanto, se a tensão for alterada, a curva velocidade-torque também será alterada, mas permanecerá paralela à curva inicial antes da alteração da tensão. Veja a figura abaixo.

Portanto, meu palpite intuitivo é que, ao usar o motor em um dado ponto de operação desejado (velocidade e torque desejado), a curva de velocidade-torque Cd correspondente tem um gradiente especificado na folha de dados do motor e passa pelo ponto de operação. Essa curva Cd é obtida na tensão Vd correspondente . Veja o diagrama abaixo.

Portanto, meu próximo palpite é que, para que o motor opere nesse ponto de operação desejado, é necessário definir a tensão aplicada ao motor em Vd e aplicar um ID de corrente (calculado usando o torque e a constante de torque).

Agora, pelo que li, não é o que é feito nos controladores de motor CC. Estes parecem apenas acionar o motor usando corrente e algum tipo de mágica PWM, como é mostrado no diagrama a seguir pela maxon.

Alguém sabe por que a tensão não é usada no controle do motor DC e apenas a corrente é? Eu não entendo como você pode definir a velocidade, se você não modificar a tensão? E para que serve o PWM?

Procurei horas na Internet e não encontrei nada relevante.

Obrigado,

Antoine.

O problema é que você não pode controlar a tensão e a corrente. Você aplica uma tensão e o motor consome qualquer corrente que desejar (sujeito à sua capacidade de fornecer essa corrente). Como alternativa, você cria um controlador de corrente que ajusta automaticamente a tensão para manter a corrente desejada.

Uma analogia seria empurrar um objeto através do mel. A tensão é equivalente à força que você está aplicando e a corrente é equivalente à velocidade do objeto.

O objeto se move a uma velocidade que depende da força que você está pressionando e das dimensões do objeto. Você não pode optar por empurrar com suavidade e rapidez, e não pode optar por empurrar muito forte e lentamente. Se você deseja que o objeto se mova a uma certa velocidade, não tem escolha a não ser ajustar a quantidade de força que aplica até que se mova nessa velocidade. Se estiver se movendo muito rápido, você reduz a força. Muito devagar, e você aumenta a força.

É assim que um motor é controlado. A 'mágica' do PWM é apenas uma maneira de controlar a tensão que não faz com que o controlador de tensão fique realmente quente. (A alternativa é uma fonte de tensão linear, que ficará realmente quente).

Antes de entrarmos no que está acontecendo no controlador do motor, vale a pena olhar para um gráfico diferente:

Aqui podemos ver que o torque produzido pelo motor é puramente uma função da corrente que flui através dos enrolamentos, e é bastante linear. Se você deseja produzir um certo torque no motor, basta procurar no gráfico a corrente necessária e, em seguida, informar ao seu controlador atual para fornecer essa corrente. Isso é feito medindo constantemente a corrente real e ajustando a tensão no motor (usando magia PWM).

Agora temos uma situação muito agradável para o controlador do nosso robô. Assumindo um mundo sem atrito, o torque do motor é proporcional à aceleração. Se você pode controlar a aceleração, pode controlar facilmente a velocidade e a posição do motor.

O controlador de posição do motor conhece a trajetória de que ele precisa e pode calcular quanto torque precisa em todos os pontos dessa trajetória (porque conhece a aceleração em todos os pontos da trajetória). Ele também está olhando para a posição real do motor, que não estará correta devido ao atrito, e usa esse erro de posição para ajustar a quantidade de torque que deseja. Em seguida, converte a demanda de torque em uma demanda atual e fornece isso ao controlador atual.

E aí você tem um servo.