Was ist der Hauptgrund für die Verwendung von Drehzahlrückführung in einem Motorpositionierungssteuerungssystem?

Diese Frage dient nicht der Lösung eines bestimmten Problems, sondern einer prinzipiellen, um den Hauptgrund zu verstehen, warum ein Konstrukteur eine Drehzahlrückführung in ein motorgesteuertes Positionierungssystem integrieren möchte. Und ich hoffe, dass ein erfahrener Motorsteuerungsexperte bei der Beantwortung helfen kann.

Stellen Sie sich einen Kaskadenregler vor, bei dem die Verschiebung die äußerste Schleife ist (Encoser-Feedback), gefolgt von einem Geschwindigkeitsregler (Encoder- oder Tachometer-Feedback) und die innerste Schleife eine Stromrückkopplungsschleife (unter Verwendung von Shunt-Widerständen, Hall-Geräten usw.)

Es ist klar, dass der Strom direkt mit dem Drehmoment zusammenhängt, und dies hilft, Drehmomentstörungen zu überwinden und die effektive elektrische Zeitkonstante zu beschleunigen. Es hilft, die Transduktanz von Strom (Befehl) zu Drehmoment zu linearisieren.

Aber was bewirkt der Geschwindigkeits- (Geschwindigkeits-) Regelkreis, um die Leistung zu verbessern? Stellt es ferner eine Linearisierung bereit? Soweit ich weiß, gibt es keine "Geschwindigkeits" -Störung, über die man sich Sorgen machen müsste.

Wenn Sie die P-, I- und D-Verstärkungen des Wegreglers in den richtigen Proportionen (Tuning) auswählen, können Sie normalerweise ohne Geschwindigkeitsschleife zwischen Positions- und Stromregler auskommen.

Die Kaskadensteuerung verspricht eine straffere Steuerung, es gibt mehr Knöpfe zum Drehen, aber was ist der wirkliche Vorteil, wenn man Geschwindigkeit in der Kaskade hat?

Die Geschwindigkeitsrückmeldung ist eine viskose Dämpfung.

Antworten (2)

Die Rückkopplung der Geschwindigkeit ist dasselbe wie die Rückkopplung der Änderungsrate des Abstands gegen die Zeit, sodass Ihre Frage wirklich darauf hinausläuft, warum Sie ein proportionales Rückkopplungssignal sowie ein Differenzsignal verwenden könnten.

Die einfache Antwort ist, dass das rückgekoppelte Geschwindigkeitssignal bei richtiger Verwendung die Rate reduzieren kann, mit der das System auf die Zielposition einrastet, und den Effekt des Überschwingens und Pendelns etwas reduziert. Mit anderen Worten, es ist ein stabilisierender Faktor bei Vorhandensein von Systemträgheit.

Recherchieren Sie vielleicht etwas über Drei-Term-Controller oder PID-Controller. P steht für Proportional, I für Integral und D für Differential. Differential hat den gleichen Effekt wie ein Geschwindigkeitssignal in einem Positionsregelsystem.

Warum die Kosten für einen Geschwindigkeitssensor und zusätzliche Schaltungen verschwenden, wenn Sie einfach die P-Verstärkung im Positionsregelkreis-PID-Regler erhöhen können, um dasselbe zu erreichen

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Richtig – die Drehzahlrückführung und ihre Schleifenverstärkung können eine „Dämpfung“ in der Positionssteuerung bewirken. Aber warum die Kosten für einen Geschwindigkeitssensor und zusätzliche Schaltungen verschwenden, wenn Sie einfach die P-Verstärkung im PID-Regler der Positionsschleife erhöhen können, um dasselbe zu erreichen - eine Erhöhung der Dämpfung?
@docscience Bitte geben Sie ein spezifisches Beispiel an, in dem Geschwindigkeitsrückkopplung implementiert ist, wenn Sie eine detailliertere Analyse wünschen.
@docscience - "Sie können einfach die P-Verstärkung im PID-Regler der Positionsschleife erhöhen, um dasselbe zu erreichen" - Entschuldigung, aber das ist einfach falsch. Das Differential eines Sinus ist im Wesentlichen eine phasenverschobene Version des Originals, sodass die vernünftige Verwendung eines D-Terms die Steuerung der Phasenverschiebung ermöglicht – und ein klassisches Beispiel für einen Oszillator ist ein Verstärker mit einer Verstärkung von mehr als eins und einer Phasenverschiebung von 180 Grad. Daher kann Stabilität (im Allgemeinen) nicht ohne Berücksichtigung der Phase garantiert werden, und dies führt zur Verwendung des D-Terms in einem System.
@docscience Sie haben selten einen dedizierten Geschwindigkeitssensor - im Allgemeinen wird die Geschwindigkeit nur aus dem Positionssensor (Encoder) berechnet. Der Geschwindigkeitsregelkreis fügt in diesen Fällen keine Hardware, sondern nur Software hinzu.
Nun, das könnte in der Simulation funktionieren. Fügen Sie Sensor-, Anlagenrauschen und Sättigung hinzu.
@WhatRoughBeast Ich habe PID als vielleicht schlechtes Beispiel verwendet, aber man könnte einen Kompensator in der Positionsschleife synthetisieren, der die gleiche effektive Dynamik erreichen würde, die die Geschwindigkeitsschleife bieten könnte. Der Unterschied besteht darin, dass Sie in einem Fall die TATSÄCHLICHE Geschwindigkeitsmessung haben, im anderen nicht. Was bietet also dieses TATSÄCHLICHE Feedback?
@docscience Sie sind einer TATSÄCHLICHEN Geschwindigkeitsmessung mit einem Tachogenerator (zum Beispiel) nicht näher als durch Differenzieren des Signals. Wenn das Ziel des Spiels die genaue Positionierung ist, MUSS der Positionssensor absolut zuverlässig sein, um alle relevanten Informationen bezüglich Position und Geschwindigkeit zu enthalten. Ein Tachogenerator ändert seine Ausgabe mit Temperatur und Zeit. Sie können natürlich genaue bekommen, aber diese kosten. Ein Operationsverstärker-Unterscheidungsmerkmal (oder ein bisschen Code) kostet im Vergleich praktisch nichts und liefert zwangsläufig ein besseres Ergebnis.
Schönes GIF :-) .

Viele Positionsregler verwenden Trajektorien für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen. Dies gibt ihnen eine bessere Kontrolle über Geschwindigkeit, Beschleunigung und "Ruck" (Änderungsrate der Beschleunigung).

Dieser Prozess funktioniert so, dass Sie eine Kurve "gewünschte Geschwindigkeit vs. Zeit" erstellen, basierend darauf, wie weit Sie sich bewegen möchten, sowie welche maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung Sie möchten.

Dann betreiben Sie den Motor in einem Geschwindigkeitsmodus mit geschlossenem Regelkreis, in dem die tatsächliche Geschwindigkeit so gesteuert wird, dass sie der Profilgeschwindigkeit entspricht. Eine schwächere Positionsschleife wird um die Geschwindigkeitsschleife gewickelt, um die gewünschte Geschwindigkeit einzustellen.

Was ist der Hauptgrund für die Verwendung von Drehzahlrückführung in einem Motorpositionierungssteuerungssystem?
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