🙅🏽 📶 👩🏼‍⚖️ सर्वो ड्राइव में स्थिति बनाए रखना: अधीनस्थ नियंत्रण बनाम चरण मोड 🤵 👩🏾‍🤝‍👨🏽 ⚜️

इलेक्ट्रिक मोटर्स के वेक्टर नियंत्रण पर पिछले लेखों के सामने आने के बाद, स्थितिगत ड्राइव के बारे में कई सवाल उठे - एक ड्राइव के साथ दिए गए स्थान को कैसे काम करें? आधुनिक मशीनों में एक सर्वो ड्राइव कैसे काम करती है, स्थिति सेंसर से सिग्नल का उपयोग कैसे करें, एक कदम ड्राइव अधीनस्थ विनियमन के साथ सर्वो ड्राइव से कैसे भिन्न होता है? आइए तस्वीरों और वीडियो के रूप में सब कुछ दिखाएं।

तो एक स्थिति लूप के साथ एक सर्वो क्या है? आरंभ करने के लिए, इसे देखें। पृष्ठभूमि पर ग्राफिक्स देखने के लिए, मैं आपको पूर्ण स्क्रीन मोड में देखने की सलाह देता हूं।

तीन-लूप नियंत्रण संरचना

नियंत्रण प्रणाली रोटर शाफ्ट की दी गई स्थिति को बनाए रखने का प्रयास करती है। मैं एक परेशान प्रभाव डालता हूं, मैं रोटर को सेट की स्थिति से दूर ले जाता हूं, लेकिन शाफ्ट जारी करने के बाद, यह फिर से तुरंत काम पर लौटता है। यहां तक कि अगर आप इसे कुछ मोड़ देते हैं, तो नियंत्रण प्रणाली इन कुछ को वापस बदल देगी, और बहुत अच्छी गतिशीलता के साथ - जैसे कि आंदोलन को वीडियो के फ्रेम में आने का समय भी नहीं मिलता है। पृष्ठभूमि में, ड्राइव का ऑपरेटिंग शेड्यूल दिखाई देता है: मोटर की वर्तमान को लाल रंग में दिखाया गया है (पल के अनुपात में), रोटर शाफ्ट की वर्तमान स्थिति हरे रंग में प्रदर्शित होती है, और स्थिति सेटिंग पीले रंग की होती है। इस प्रयोग में मोटर का अधिकतम अनुमत क्षण (वर्तमान) अधिकतम तीन गुना तक सीमित था, पूर्ण रूप से मैं इतनी आसानी से पकड़ नहीं पा रहा था।

इस तरह की नियंत्रण प्रणाली कैसे काम करती है? यह अनुक्रमिक सुधार के साथ एक क्लासिक थ्री-लूप स्लेव कंट्रोल सिस्टम है, जो चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्र 1. अधीनस्थ नियमन की तीन-सर्किट प्रणाली

एक अधीनस्थ क्यों? क्योंकि प्रत्येक संलग्न सर्किट उच्च के कार्य के लिए "अधीनस्थ" है। प्रणाली में तीन सर्किट हैं, मैं सूची को अंदर से शुरू करता हूं: वर्तमान (टॉर्क) सर्किट, गति (गति) सर्किट, स्थिति लूप। तदनुसार, प्रत्येक सर्किट अपने स्वयं के नियामक के साथ एक निश्चित स्तर पर इसके मूल्य को बनाए रखता है। इस स्थिति में, धाराओं के लिए पीआई नियंत्रक, गति के लिए पी नियंत्रक और स्थिति के लिए पीआईडी नियंत्रक का उपयोग किया गया था। फजी लॉजिक, रैखिक-द्विघात नियंत्रण और अधिक जैसे कोई जादू नहीं ।

वास्तव में तीन सर्किट और ठीक ऐसे क्यों? मैं हमेशा की तरह "उंगलियों पर" समझाने की कोशिश करूंगा। यदि हम स्थिति को समायोजित करना चाहते हैं, तो इसके लिए सबसे अच्छा हम नियंत्रित कर सकते हैं गति (गति), क्योंकि यह गति है जो सीधे स्थिति में परिवर्तन को प्रभावित करती है (गति स्थिति का व्युत्पन्न है), और अन्य सभी मात्राएं (वर्तमान, वोल्टेज और) अन्य) स्थिति को अधिक जटिल तरीके से प्रभावित करते हैं, विनियमित करने के लिए अधिक कठिन। इसके अलावा, अगर हम अब गति को विनियमित करना चाहते हैं, तो सबसे अच्छा जिसे हम नियंत्रित कर सकते हैं वह मोटर पल है, क्योंकि यह क्षण ड्राइव के त्वरण को निर्धारित करता है, और यह सबसे सरल गणितीय कानून के साथ गति से भी जुड़ा हुआ है। चूंकि मोटर एक क्षण के लिए चालू होती है (DC मोटर के लिए, यह स्पष्ट रूप से सत्य है,और एसी मोटर्स के लिए यह वेक्टर नियंत्रण में टॉर्क-जनरेटिंग करंट के लिए मान्य है), पल को नियंत्रित करने के लिए यह कनवर्टर के इन्वर्टर पर वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है, क्योंकि वर्तमान और वोल्टेज एक साधारण अंतर समीकरण के माध्यम से पहले सन्निकटन में भी जुड़े हुए हैं।

यदि आप किसी भी आंतरिक सर्किट को छोड़ देते हैं, तो ... स्थिति को विनियमित किया जाएगा, लेकिन इसे खराब रूप से विनियमित किया जाएगा, न कि तीन-सर्किट सिस्टम में उसी गति के साथ। यदि आप बाहर फेंकते हैं, उदाहरण के लिए, वर्तमान सर्किट, गति नियंत्रक को पलटनेवाला के वोल्टेज को सीधे प्रभावित करने के लिए मजबूर करता है, तो ड्राइव पल (वर्तमान) अनियंत्रित रहेगा - यह बदल जाएगा जैसा कि वह चाहता है, लेन-देन को मौका देने के लिए छोड़ दिया जाएगा। दुर्भाग्य से, कुछ आर्डिनोवाइड्स चित्र 2 में दिखाए गए ढांचे को बनाते हैं।

अंजीर। २। जिस तरह से आपको ड्राइव की स्थिति को समायोजित करने की आवश्यकता नहीं है।

इस तरह की संरचना घृणित (धीरे और सरल रूप से) काम करती है, हालांकि यह किसी तरह काम करती है - पीआई नियंत्रक सब कुछ बाहर खींच लेगा।

प्रत्यक्ष और प्रत्यावर्ती धारा: स्थिति लूप के लिए क्या अंतर है?

डीसी मोटर्स और एसी मोटर्स के लिए स्थिति नियंत्रण में क्या अंतर है? पल को बनाए रखने के तरीके में। डीसी मोटर में, यह एक वर्तमान नियामक लगाने के लिए पर्याप्त है, जो आर्मेचर वाइंडिंग के वोल्टेज को प्रभावित करता है - आपको टॉर्क कंट्रोल मिलेगा। एसी मोटर्स में (उदाहरण के लिए, एक स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मशीन और एक एसिंक्रोनस मोटर), वेक्टर नियंत्रण को लागू करना होगा। यह क्या है और यह कैसे काम करता है पहले से ही लेखों पर विस्तार से चर्चा की गई है उंगलियों पर वेक्टर नियंत्रण और उंगलियों पर एक अतुल्यकालिक मोटर के लिए वेक्टर नियंत्रण।। साथ ही डीसी मोटर के लिए, वेक्टर नियंत्रण आपको मोटर पर टोक़ को समायोजित करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, एक ही गति और स्थिति नियंत्रक ऊपर से "त्रिशंकु" हैं। स्थिति लूप की अंतिम संचालन क्षमता इंजन के प्रकार (केवल मामूली बारीकियों में बदलाव) पर निर्भर नहीं करती है।

चरण मोड

स्थायी मैग्नेट के साथ तुल्यकालिक मशीनों के लिए, स्थिति को बाहर करने के लिए एक और विकल्प है - ऑपरेशन का तथाकथित "चरण" मोड। क्रमशः इसके लिए अनुकूलित मोटर्स को स्टेपर कहा जाता है। सभी स्टेपर मोटर्स मैग्नेट के साथ सिंक्रोनस मशीन नहीं हैं, लेकिन उनमें से ज्यादातर बस हैं (अभी भी चरण-प्रकार के प्रारंभकर्ता प्रकार के चरण हैं)। यह कैसे काम करता है? मोटर आवश्यक चरणों में सीधे विद्युत आपूर्ति करता है। और वह यह है। "चुंबकीय वसंत" के प्रभाव में रोटर खुद वर्तमान के अनुरूप स्थिति में बढ़ जाता है। यदि आपको शाफ्ट की स्थिति को बदलने की आवश्यकता है, तो वर्तमान वेक्टर को घुमाया जाना चाहिए - यह सुचारू रूप से या विवेकपूर्वक स्टेपर मोटर के "चालक" (साथ या बिना माइक्रोस्टेप) पर निर्भर करता है। सिंक्रोनस मोटर कैसे काम करता है, और इसके बारे में लेख में पहले से ही एक चुंबकीय वसंत का वर्णन किया गया है ।

कदम मोड अच्छा है क्योंकि वर्तमान लूप के अलावा इसमें कुछ भी ज़रूरत नहीं है - न तो एक स्थिति सेंसर, न ही एक माइक्रोकंट्रोलर। इस मोड के लिए नियंत्रण प्रणाली को साढ़े तीन माइक्रोक्रिस्केट से इकट्ठा किया जाता है और इसका उपयोग शौकिया (और ऐसा नहीं) स्तर की सभी सीएनसी मशीनों में किया जाता है। नुकसान क्या हैं? स्थिति भी घृणित है। इस मोड में स्थिति बनाए रखना ही इंजन है - स्टेटर को एक निरंतर प्रवाह की आपूर्ति की जाती है, और रोटर इसी स्थिति में खड़ा होता है। एक अपने मध्य से गुजरने वाली एक धुरी पर दो आयताकार चुम्बकों की कल्पना कर सकता है (चित्र 3)। हम एक चुंबक (स्टेटर करंट) को नियंत्रित करते हैं, और दूसरा - रोटर, खुद से झूलता है और इसके समानांतर, पहले के अनुसार मुड़ता है।

अंजीर। 3. एक सिंक्रोनस मशीन के संचालन का स्टेपिंग मोड

इस मोड में रोटर पर पल दो मैग्नेट के बीच बेमेल कोण के साइन के कानून के अनुसार बदल जाता है। समन्वित स्थिति में, पल शून्य है (लोड रोटर पर कार्य नहीं करता है), 90 डिग्री (मैग्नेट लंबवत हैं) पर, मोटर पल अधिकतम है और रोटर को समन्वित स्थिति में घुमाने के लिए जाता है। और पल में परिवर्तन के इस साइन का आयाम आपूर्ति की वर्तमान की मात्रा पर निर्भर करता है।

डंडे के जोड़े की संख्या

चरण मोड में स्थिति बनाए रखने की सटीकता में सुधार करने के लिए, मोटर पर पोल जोड़े की संख्या संरचनात्मक रूप से बढ़ जाती है। यदि पोल की एक जोड़ी है, तो मोटर अंजीर में इन दो चुम्बकों से मेल खाती है। 3 - रोटर किसी दिए गए स्थान से क्रांति के एक चौथाई तक आगे और पीछे लटक सकता है। जब पोल जोड़े की संख्या बढ़ती है, तो रोटर मैग्नेट और स्टेटर वाइंडिंग्स दोनों में उत्तर-दक्षिण विकल्पों की संख्या बढ़ जाती है। यहाँ एक तस्वीर है जिसमें एक जोड़ी डंडे और दो के साथ मोटर दिखाई दे रही है:

चित्र 4। डंडे की एक जोड़ी बनाम डंडे की दो जोड़ी।

यदि आप चरणों में आपूर्ति किए गए प्रत्यक्ष प्रवाह के साथ दो जोड़े डंडे के साथ इस तरह के इंजन को क्रैंक करने की कोशिश करते हैं, तो रोटर पर पल एक क्रांति के एक चौथाई में अधिकतम नहीं (90 डिग्री, जैसा कि एक जोड़ी ध्रुवों में) तक बढ़ जाएगा, लेकिन एक क्रांति के आठवें (45 यांत्रिक डिग्री) में। इंजन में एक यांत्रिक क्रांति पर दो स्थिर रोटर स्थान होंगे। इंजन में प्रक्रियाओं का वर्णन करने की सुविधा के लिए, "इलेक्ट्रिक क्रांति" की अवधारणा को पेश किया गया है - रोटर को कितना मोड़ने की आवश्यकता है ताकि एक ध्रुव के रोटर मैग्नेट दूसरे ध्रुव से उसी के स्थान पर गिर जाए, अर्थात्। एक "कदम" लेने के लिए। फिर वे कहते हैं कि रोटर 360 डिग्री हो गया है, और इसे यांत्रिक में अनुवाद करने के लिए, डंडे के जोड़े की संख्या से विभाजित करना आवश्यक है। विद्युत क्रांति पर, नियंत्रण के संदर्भ में सभी मोटर्स का व्यवहार समान है, चाहे पोल जोड़े की संख्या की परवाह किए बिना।पोल जोड़े की संख्या में वृद्धि केवल एक प्रकार का "इलेक्ट्रिक गियरबॉक्स" बनाता है - आप एक जोड़ी पोल के साथ एक कार ले सकते हैं और एक चार गुना कमी गियर पर रख सकते हैं, या आप चार जोड़ी ध्रुवों के साथ एक कार ले सकते हैं और मोटे तौर पर बोल सकते हैं।

vs :

स्टेपर मोटर्स के लिए, पोल जोड़े की संख्या बहुत बड़ी बनाई जाती है - 50, 100 या अधिक। इस स्थिति में, स्थिति को बनाए रखने की प्राकृतिक क्षमता बहुत अच्छी है - यदि आप गारंटी देते हैं कि लोड पल कभी भी अधिकतम इंजन टोक़ से अधिक नहीं होता है, तो बिना किसी स्थिति सेंसर के स्थिति यांत्रिक डिग्री की ± 360 / (पोल_पॉलिस मीटर (4) की संख्या) की सटीकता के साथ बनाए रखी जाएगी। सच है, इसके लिए मूल्य वजन और आकार और दक्षता के मामले में इंजन के प्रदर्शन में एक मजबूत गिरावट है। यदि हम सौ जोड़ी डंडे के साथ एक स्टेपर मोटर की शक्ति की तुलना करते हैं और एक ही आकार के समकालिक मोटर के साथ कम संख्या में डंडों के जोड़े होते हैं, तो एक शगोविक की लंबी-अनुमेय शक्ति कई गुना कम होगी। और यह भी कि पोल जोड़े की संख्या में वृद्धि के कारण, shagoviks को उच्च गति पर काम करने में समस्या है।उनमें करंट की फ्रीक्वेंसी को “नियमित” सिंक्रोनस मशीन के रूप में बड़े पैमाने पर कई_पैर_पॉल्स की आपूर्ति की जाती है, जो किलोहर्ट्ज़ या अधिक के ऑर्डर की वर्तमान आवृत्तियों को देता है - लोहे के मैग्नेटाइजेशन रिवर्सल पर बहुत बड़ा नुकसान होता है, और हर नियंत्रण प्रणाली नहीं कर सकती।

इसके अलावा, shagoviki त्वरण और ब्रेकिंग की अच्छी गतिशीलता प्रदान नहीं करता है, क्योंकि त्वरण के दौरान इंजन को दो बिंदुओं को पार करना होगा: लोड पल, साथ ही साथ फ्लाईवहेल द्रव्यमान और काम करने वाले शरीर में तेजी लाने के लिए गतिशील क्षण। और अगर सभी क्षणों का योग अधिकतम इंजन टोक़ से अधिक है, तो वह एक कदम छोड़ देगा, जो सीएनसी के लिए अस्वीकार्य है। इसलिए, स्टेपवॉर्म में तेजी आती है और आवश्यक रूप से सुचारू रूप से ब्रेक होता है, शाफ्ट और अधिकतम इंजन टोक़ पर कुल पल के बीच एक बड़ा मार्जिन, ताकि कदमों को छोड़ न सकें।
यह भी ध्यान देने योग्य है कि चरण-दर-चरण मोड में, जब एक लोड रोटर पर लागू होता है, तो यह हमेशा एक निश्चित कोण द्वारा निर्धारित स्थिति से अंदर और विचलन करेगा, जो भी मोटर को आपूर्ति की जाती है। इसके अलावा, भार के तेज नुकसान के साथ, उतार-चढ़ाव संभव है - एक चुंबकीय वसंत पर रोटर आगे और पीछे स्विंग होगा। यदि लोड भाग्यशाली नहीं है और इसे स्पंदित किया जाता है, तो यह रोटर की आंतरिक आवृत्ति के साथ मेल खाता है, इसे स्विंग कर सकता है, जिसके बाद रोटर सिंक्रोनाइज़ेशन से बाहर हो जाएगा - इंजन "एक कदम छोड़ देगा"।

यदि आपको एक अच्छी स्थिति बनाए रखने और एक गतिशील, उच्च गति ड्राइव प्राप्त करने की आवश्यकता है तो समस्या को हल करने के लिए क्या करना है? कार्यशालाओं का उपयोग न करें! और एक "नियमित" तुल्यकालिक मशीन का उपयोग करें, जो एक सर्वोमोटर के रूप में पोल जोड़े की एक छोटी संख्या के साथ है, एक स्थिति सेंसर स्थापित करें और तीन-लूप नियंत्रण प्रणाली का निर्माण करें। वेक्टर नियंत्रण प्रणाली में कोई "कदम" नहीं हैं - खोने के लिए कुछ भी नहीं है। चरण मोड में, मोटर के माध्यम से गुजरने के लिए एक बड़े प्रवाह की आवश्यकता होती है, और वेक्टर मोड में तीन-लूप नियंत्रण संरचना के साथ, वर्तमान प्रवाह केवल तब होता है जब शाफ्ट पर एक लोड लागू होता है। अधीनस्थ नियमन की प्रणाली में स्थिति को बनाए रखने की सटीकता अक्सर रोटर स्थिति सेंसर की सटीकता से निर्धारित होती है। सेंसर जितना सटीक होगा, पोज़िशन लूप का काम उतना ही बेहतर होगा।और आधुनिक स्थिति सेंसर बहुत सटीक हैं - यांत्रिक क्रांति प्रति सैकड़ों हजारों टैग। यह सबसे मजबूत पेराई कदम के साथ स्टेपर मोटर्स देने से बेहतर परिमाण के आदेश हैं।

चरण मोड बनाम अधीनस्थ विनियमन: अभ्यास

और अब चलिए उपरोक्त सभी को देखते हैं। उस स्टैंड का वर्णन करना आवश्यक है जिसके साथ मैं काम करता हूं। बहुत सारी तकनीकी जानकारी है, मैं इसे स्पॉइलर के नीचे छिपा दूंगा।

टेस्ट बेंच

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– Leadshine ACM601V36-1000. 100, 4 , 36, 4, 11. – 1000 (, , 4000 () A B ).
– DRV8301-HC-EVM Texas Instruments.
– VectorCARD 192101 192101 «» (ARM Cortex-M4F, 100).
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स्टेप मोड बनाम स्लेव कंट्रोल: स्टैटिक मोड में तुलना

सबसे पहले, हम ऑपरेशन के चरण-दर-चरण मोड और वेक्टर नियंत्रण "स्टेटिक्स" में वेक्टर नियंत्रण के साथ तीन-लूप सिस्टम की तुलना करते हैं। हम एक ही रोटर की स्थिति निर्धारित करते हैं, और फिर हम धीरे-धीरे शाफ्ट पर लोड पल बढ़ाते हैं। ऑपरेशन के चरण-दर-चरण मोड में, हम 4A की रेटेड वर्तमान आपूर्ति करते हैं, और ऑपरेशन के वेक्टर-मोड में हम 4A की वर्तमान सीमा निर्धारित करते हैं। हम क्या देखने की उम्मीद करते हैं?

चरण-दर-चरण संचालन मोड में, वर्तमान चरण और आयाम दोनों में निरंतर होगा, और रोटर की स्थिति लोड के तहत चुंबकीय वसंत पर "झुकना" चाहिए। चूंकि पोल जोड़े की संख्या 4 है, इसलिए मूल सहमत स्थिति से अधिकतम टोक़ को 360/4/4 = 22.5 यांत्रिक डिग्री के विचलन के साथ प्राप्त किया जाना चाहिए।

तीन-सर्किट नियंत्रण प्रणाली में क्या होगा? इस प्रयोग में स्थिति नियंत्रक पीआईडी (आनुपातिक - अभिन्न - अंतर) है। यहाँ प्रमुख पत्र "और" है - इसका एक अभिन्न अंग है। इसका मतलब यह है कि जब तक दी गई स्थिति और वर्तमान के बीच कम से कम कुछ बेमेल है, तब तक नियामक इंटीग्रेटर एकीकृत होगा और अपने आउटपुट को तब तक बढ़ाएगा जब तक कि त्रुटि शून्य न हो जाए। इसका मतलब है कि यदि आप शाफ्ट को धीरे से लोड करते हैं, ताकि इंटीग्रेटर के पास एकीकृत करने और त्रुटि के लिए क्षतिपूर्ति करने का समय हो (यानी, स्थिर मोड में), तो शाफ्ट उसी "मृत" स्थिति में खड़ा होगा। लेकिन जब ड्राइव का वर्तमान (टॉर्क) मार्जिन समाप्त हो जाता है (वर्तमान संदर्भ 4 ए की सीमा तक पहुंच जाएगा), ड्राइव तुरंत संदर्भ से आगे निकल जाएगा और विचलित हो जाएगा (हालांकि, यह हर समय संदर्भ की ओर अधिकतम टोक़ के साथ खींचेगा)।

रोटर शाफ्ट की वर्तमान स्थिति को ट्रैक करने के लिए, स्थिति सेंसर (संदर्भ और वर्तमान स्थिति के बीच अंतर), साथ ही स्टेटर वर्तमान से त्रुटि संकेत का निरीक्षण करना सुविधाजनक है। प्रयोग के दौरान, इन आंकड़ों के साथ एक ऑसिलोग्राम पृष्ठभूमि में दिखाई देगा। प्रयोग में वर्तमान लोड क्षण का निरीक्षण करने के लिए, एक उच्च-सटीक विशेष डायनामोमीटर का उपयोग किया गया था, जिसे मैंने रसोई की मेज के दराज से बाहर निकाला था। यहाँ, वास्तव में, अनुभव ही (कुछ दिखाई देने के लिए - पूर्ण स्क्रीन!):

वीडियो पुष्टि करता है कि क्या कहा गया था। वेक्टर थ्री-लूप कंट्रोल सिस्टम में, रोटर तब तक गतिहीन रहता था जब तक कि मैं उपलब्ध 4 ए करंट का "चयन" नहीं कर लेता, और फिर रोटर विचलन करने लगा। एक प्रत्यक्ष प्रवाह के साथ डीसी-खुली संरचना में, रोटर आसानी से एक बाहरी क्षण के लिए आगे बढ़ता है। चूँकि इस मोटर के ध्रुव युग्मों की संख्या 4 है, संदर्भ से 20 डिग्री से अधिक विचलित रोटर।

vs :

गतिशीलता में सब कुछ अधिक दिलचस्प हो जाता है। क्या होगा अगर एक स्पंदित, शॉक लोड लागू किया जाता है? इसके परिणामस्वरूप दो मूलभूत रूप से भिन्न प्रणालियों के बीच प्रतिस्पर्धा होती है। वेक्टर नियंत्रण प्रणाली में, गति सीधे तीन-लूप नियंत्रण संरचना की गति पर निर्भर करती है। अधिक सख्ती से नियामकों को ट्यून किया जाता है, संरचना की गणना की आवृत्ति जितनी तेज़ होती है, उतने ही सटीक और तेज़ सेंसर, गतिशीलता में गड़बड़ी की प्रतिक्रिया बेहतर होती है। चरण-दर-चरण ऑपरेशन मोड में, नियंत्रण प्रणाली "टिकी हुई है"। उसने एक वर्तमान वेक्टर बनाया - यही उसकी ज़रूरत है। गड़बड़ी की पूरी प्रतिक्रिया इंजन द्वारा ही प्रदान की जाती है। रोटर शाफ्ट के डिफ्लेक्ट होने पर शाफ्ट पर पल "तुरन्त" होता है, क्योंकि यह वास्तव में, दो मैग्नेट का इंटरैक्शन है। लेकिन पल विद्युत विक्षेपण कोण की साइन के अनुपात में बढ़ता है, जिसका अर्थ है कि इस तरह की प्रणाली में एक निश्चित कठोरता होगी।सामान्य तौर पर, यह एक सामान्य "चुंबकीय वसंत" है। डायनामिक्स में तुलना तीन-सर्किट नियंत्रण प्रणाली के लिए एक बहुत अच्छा प्रदर्शनकारी अनुभव है। यदि यह धीमा है, तो यह एक खुली संरचना की तुलना में बेहतर परिणाम दिखाने में सक्षम नहीं होगा। हां, स्टैटिक्स में, तीन-लूप संरचना नियामक के अभिन्न अंग को शून्य करने की स्थिति में एक त्रुटि चुन सकती है, लेकिन डायनामिक्स में यह सामान्य चरण-दर-चरण ऑपरेशन मोड से अधिक "शिथिल" भी हो सकता है। इसकी जाँच करें?

इस प्रयोग को करने के लिए, मैंने एक मापा भार का उपयोग किया, जो मुझे अपने कैबिनेट में औजारों के साथ मिला, साथ ही साथ एक रॉड से बंधा एक धागा, जिसमें इंजन युग्मन पर एक ब्रैकट माउंट है। लोड को एक निश्चित ऊँचाई से नीचे गिराकर, हम रोटर शाफ्ट पर एक प्रभाव आवेग भार प्राप्त करते हैं। आप देख सकते हैं कि रोटर शाफ्ट प्रभाव के समय नौकरी से कितना विचलित हो जाता है। यहाँ प्रयोग का एक वीडियो है:

प्रारंभ में, एक निश्चित वर्तमान वेक्टर के साथ ऑपरेशन का एक चरण मोड चालू होता है। मैं दिखाता हूं कि रोटर लोड क्षण के प्रभाव में कैसे झुकता है, कैसे, लोड पल को अधिक करने के बाद, आप किसी अन्य निश्चित स्थान पर कूद सकते हैं। फिर मैं कार्गो को डंप करने के लिए एक प्रयोग करता हूं। इसके अलावा तीन-लूप नियंत्रण संरचना के लिए भी ऐसा ही है। क्या आपने देखा कि तीन-लूप नियंत्रण प्रणाली में वीडियो में रोटर शाफ्ट कितना कम विचलन हुआ है? या शायद अधिक? मैं नहीं करता।

यदि डिस्कवरी चैनल द्वारा इसी तरह के वीडियो को शूट किया गया था, तो वे निश्चित रूप से सुंदर तुलनात्मक शॉट्स के लिए एक उच्च गति वाला कैमरा स्थापित करेंगे। हालांकि, हमारे पास एक अधिक सटीक उपकरण है - एक रोटर स्थिति सेंसर और एक माइक्रोकंट्रोलर। आपको बस पल्स लोड के आवेदन के समय स्थिति से बाहर निकलने वाली तरंग त्रुटि को हटाने की आवश्यकता है। यह कैसे किया जाता है लेख में विस्तार से वर्णित किया गया है।एक इलेक्ट्रिक ड्राइव में माइक्रोकंट्रोलर सॉफ्टवेयर डिबगिंग के लिए तरीके । संक्षेप में, माइक्रोकंट्रोलर एक विशिष्ट घटना के लिए एक सरणी में तरंग के बिंदुओं को रिकॉर्ड करता है, और फिर तरंग को कंप्यूटर पर डाउनलोड किया जाता है और प्रदर्शित किया जाता है। नियंत्रक सॉफ्टवेयर में, मैं तरंग को स्लैम करने के लिए ट्रिगर सेट करता हूं जब स्थिति त्रुटि एक निश्चित सेटिंग से अधिक है, इसके लिए सी कोड की कुछ पंक्तियों में प्रवेश करना। फिर कंप्यूटर पर मुझे 5A के करंट वाले स्टेप मोड ऑफ ऑपरेशन के लिए सिर्फ एक ऐसा ऑसिलोग्राम मिला:

. 7. «» – . ( 4), , – . 21 .

मैंने ऑसिलोस्कोप में तीन नियंत्रण प्रणाली चर जोड़े: स्थिति त्रुटि, स्टेटर करंट, शाफ्ट गति। ऑसीलोग्राम दिखाता है कि स्टेटर करंट स्थिर और 5 ए के बराबर रहा, शॉक लोड ने इसमें केवल एक छोटी सी गड़बड़ी शुरू की (एक घूर्णन मोटर की ईएमएफ के कारण)। लेकिन स्थिति जोरदार ढंग से उछली। संदर्भ से शाफ्ट की स्थिति का अधिकतम विचलन 36 विद्युत डिग्री (या 9 मैकेनिकल) था। प्रभाव के बाद रोटर की एक नम ऑसिलिटरी मोड है। मैंने ऐसे कई प्रयोग किए, जो पुनरावृत्ति को सुनिश्चित करते हैं। सभी ऑसिलगोग्राम समान हो गए - यह अच्छा है कि यदि आपके पास आवश्यक उपकरण हैं, तो एक प्रयोग करने और ऑसिलोग्राम (लेख में डाला गया) प्राप्त करने का समय 5-10 सेकंड है।

अब देखते हैं कि तीन-सर्किट नियंत्रण संरचना क्या दिखाएगी (छवि 8)। पहले, मैंने उसे सभी नियामकों को मध्यम गति पर सेट किया।

अंजीर। 8. अधीनस्थ विनियमन के तीन-लूप सिस्टम के साथ एक स्पंदित लोड बढ़ने के लिए प्रतिक्रिया का ऑसिलोग्राम। वायलेट विद्युत डिग्री में सेट की स्थिति से रोटर के विचलन को दर्शाता है (यांत्रिक से स्विच करने के लिए 4 से विभाजित), नीला क्यू अक्ष (वर्तमान-बनाने वाला वर्तमान) के साथ वर्तमान स्टेटर को दर्शाता है, नीला अपने कार्य को इंगित करता है, और लाल वर्तमान रोटेशन आवृत्ति को इंगित करता है। एक कोशिका में, समय अक्ष 21 मिलीसेकंड है।

यहां प्रक्रिया अधिक दिलचस्प है। स्थिति के अलावा, वास्तव में, मैंने ऑसिलोस्कोप को सभी प्रकार की मात्राओं में जोड़ा, जो अधीनस्थ विनियमन का काम दिखाते हैं। प्रारंभिक समय में, यह अभी भी शून्य है: त्रुटि शून्य, गति, स्टेटर करंट और इसका कार्य है। रोटर पर कोई बल कार्य नहीं करता है, यह अपने घर्षण बल के कारण आराम करता है। लेकिन इस पल में बिजली का टेप पहले से ही नीचे उड़ रहा है, रस्सी खोल रहा है ... एक निश्चित समय पर, थ्रेड की लंबाई का चयन किया जाता है, लोड शाफ्ट को हिट करता है, स्थिति बदलने लगती है, त्रुटि (स्थिति नियंत्रक से प्रतिक्रिया) गोली मारती है, साथ ही साथ शाफ्ट की गति भी। इसके जवाब में, तीन-सर्किट सिस्टम नाटकीय रूप से ड्राइव पर पल बढ़ाता है, इसे अपनी मूल स्थिति में वापस लाने की कोशिश कर रहा है। प्रभाव के बाद पांच मिलीसेकंड, मोटर पर पल अधिकतम अनुमत (वर्तमान 5 ए) तक पहुंचता है,जिसके बाद अनिच्छा से विपरीत दिशा में स्थिति बदलने लगती है, गति में परिवर्तन होता है। शून्य बिंदु पर प्रवाहित होने और दोलन करने के बाद, सिस्टम कार्य पर आता है।

यह देखा जा सकता है कि स्टेटर करंट (नीला) के लिए कार्य वर्तमान मूल्य (नीला) से थोड़ा आगे है, लेकिन देरी एक मिलीसेकंड से कम है, जो वर्तमान लूप की उच्च गति को इंगित करता है। हालाँकि, वर्तमान कार्य में, विशेष रूप से संक्रमण प्रक्रिया के अंत में, कुछ "फ़ुलफ़नेस" और "सुइयां" दिखाई दे रहे हैं। यह क्या है और कहाँ से है? आइए देखें कि इस प्रक्रिया में स्थिति नियंत्रक क्या देता है - इसके आनुपातिक, अभिन्न और अंतर घटकों का उत्पादन। मैंने फिर से टेप गिराया, यहाँ वे हैं:

. 9. . ( 4), – , – , – . 21 .

देखें कि पीआईडी नियंत्रक के तीनों भाग क्षणिक कार्य कैसे करते हैं। तरंग एक पाठ्यपुस्तक की तरह है, लेकिन यह एक है, वास्तविक और ताजा, केवल इंजन से। आनुपातिक भाग का आउटपुट सीधे त्रुटि के लिए आनुपातिक है। अभिन्न अंग त्रुटि अभिन्न है, यह देखें कि यह पहले बड़े उतार-चढ़ाव से "नीचे" कैसे एकीकृत हुआ और फिर अनिच्छा से शून्य पर आ गया। विभेदक भाग एक त्रुटि का व्युत्पन्न है। लेकिन चूंकि स्थिति संवेदक वृद्धिशील है और केवल 1000 अंक हैं, तो प्रत्येक चिह्न में परिवर्तन एक घटना है। इसलिए, नियंत्रण प्रणाली की स्थिति अनियमित रूप से, अनियमित रूप से बदलती है, जिसका अर्थ है कि इस तरह के परिवर्तन से व्युत्पन्न "सुई की तरह" होगा। या यहां तक कि आवेग, आयताकार, शोर - जो हम देखते हैं।

लेकिन रुको ... स्थिति की व्युत्पत्ति एक ही गति है! अंजीर तक स्क्रॉल करें। 8 और अंजीर के अंतर भाग के ग्राफ के साथ गति के उस ग्राफ की तुलना करें। 9। एक ही बात है, लेकिन कोई शोर नहीं! क्योंकि वृद्धिशील एनकोडर प्रसंस्करण मॉड्यूल की रोटेशन गति अधिक सक्षम रूप से निर्धारित की जाती है - माइक्रोकंट्रोलर का हार्डवेयर, जो सेंसर के निशान के बीच के समय को ट्रैक करता है। एक ही स्थिति के "व्युत्पन्न", लेकिन अधिक सही ढंग से मापा जाता है।

नैतिक क्या है? सभी नियंत्रक घटक समान रूप से उपयोगी नहीं हैं। क्या स्थिति नियंत्रक का अंतर घटक सैद्धांतिक रूप से डाउनस्ट्रीम स्पीड लूप द्वारा किया जाना है। चूंकि मुझे बेहतर ट्यूनिंग के लिए इसकी आवश्यकता थी, इसका मतलब केवल यह है कि मैंने मध्यवर्ती गति लूप को ट्यून नहीं किया है।

अरे हाँ। हमने वहाँ कहाँ शुरू किया? स्थिति त्रुटि के साथ। ऑपरेशन के ओपन-लूप मोड में, त्रुटि 36 विद्युत डिग्री (9 मैकेनिकल) थी, और नियामकों की इस सेटिंग के साथ अधीनस्थ विनियमन के तीन-लूप सिस्टम में, यह 21 विद्युत डिग्री (5.2 मैकेनिकल) है। बेहतर हाँ। क्या यह बेहतर है? चलो एक और स्थिति नियंत्रक गुणांक को पकड़ो। मैं सब कुछ बढ़ाता हूं - केपी, की, केडी बार डेढ़। हम देखते हैं:

अंजीर। 10. अधीनस्थ विनियमन के तीन-लूप सिस्टम के साथ एक स्पंदित लोड बढ़ने के लिए प्रतिक्रिया का ऑसिलोग्राम। स्थिति नियंत्रक के गुणांक डेढ़ गुना बढ़ जाते हैं।

त्रुटि कम हो गई है, हाँ ... 18 विद्युत डिग्री। लेकिन हम क्या देखते हैं? नियंत्रण प्रणाली लगभग तुरंत वर्तमान सीमा में चली गई। वह 5 ए से अधिक वर्तमान लागू करना चाहेगी, लेकिन मैंने 5 को सीमा निर्धारित की है। एक खुले नियंत्रण प्रणाली के साथ ईमानदारी से तुलना करने के लिए, जिसमें 5 ए की वर्तमान भी थी। लेकिन यह बेईमानी से निकला: वेक्टर नियंत्रण प्रणाली केवल तब चालू करती है जब उसे इसकी आवश्यकता होती है (जब यह पल का एहसास करना आवश्यक होता है), और एक खुला सिस्टम हमेशा सेट वर्तमान को चलाता है। हीटिंग और नुकसान के दृष्टिकोण से, वेक्टर नियंत्रण प्रणाली इंजन के लिए बहुत अधिक बेहतर है।

वेक्टर सिस्टम को "करंट" छोड़ दें? कम से कम थोड़े समय के लिए। पासपोर्ट के अनुसार, इंजन 11 ए की अनुमति देता है। परिणाम का मूल्यांकन करने के लिए 7 ए को हल करें।

अंजीर। 11. अधीनस्थ विनियमन के तीन-लूप सिस्टम के साथ एक स्पंदित लोड बढ़ने की प्रतिक्रिया का ऑसिलोग्राम। वर्तमान सीमा 5A से बढ़ाकर 7A कर दी गई।

त्रुटि केवल 15 विद्युत डिग्री है! यह ओपन-लूप कंट्रोल सिस्टम की तुलना में 2.5 गुना कम है। लेकिन देखिए, शेड्यूल के आखिर में ऐसा क्या है? वर्तमान के कार्य में "सुई" ... और वे जारी रखते हैं और जारी रखते हैं, जो मैं ध्वनिक रूप से सुनता हूं - इंजन "बजता है"। इसे ऑटो-दोलन कहा जाता है - इसने नियामक गुणांक को बहुत अधिक खींच लिया।

बंद सर्किट और उनका शोर

इसलिए हम किसी भी नियंत्रण प्रणाली की विशिष्ट गुणवत्ता के मुद्दे पर पहुंचे, जो कभी-कभी समायोज्य पैरामीटर को बनाए रखने की सटीकता से कम महत्वपूर्ण नहीं है - शोर। क्या यह इंजन के लिए बंद लूप नियंत्रण प्रणाली में "शोर करने" की अनुमति है? यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह कितना शोर करता है और क्या बनाता है। मैंने एक वीडियो तैयार किया जो विभिन्न शोरों को दिखाता है जो अधीनस्थ विनियमन की प्रणाली के विभिन्न संदर्भों में पैदा हो सकते हैं। ऐसा करने के लिए, मैंने इंजन के साथ सीधे संपर्क में माइक्रोफोन को ठीक किया - इंजन से दूरी पर, ध्वनि लगभग अश्रव्य है। हालांकि यह इंजन पर निर्भर करता है, अलग इंजन "ध्वनि" अलग तरह से।

वीडियो की शुरुआत में, वर्तमान लूप से शोर दिखाया गया है। केवल दो वर्तमान नियामकों के साथ चालू लूप चालू किया गया था। इंजन में एक शोर दिखाई दिया, जो मेरे सहयोगी ने एक पाइप से शोर के साथ तुलना की जिसके माध्यम से पानी बहता है। यह एक "सफेद" शोर जैसा दिखता है। यह शोर चरण वर्तमान माप के शोर के कारण उत्पन्न होता है। अपेक्षाकृत बड़े आनुपातिक घटक (आवश्यक गति के लिए आवश्यक) के कारण, वर्तमान नियामक वर्तमान माप में सभी छोटे उतार-चढ़ाव को पकड़ते हैं और उन्हें बढ़ाते हैं, इन्वर्टर वोल्टेज को कार्य में स्थानांतरित करते हैं। यानी प्रारंभ में, मोटर में करंट सुचारू होता है और शोर नहीं करता है, लेकिन इसकी माप शोर है, वर्तमान नियामक इसकी भरपाई करने की कोशिश करते हैं, "इन्वर्टर वोल्टेज" को खींचते हैं, जिससे मोटर में वास्तविक धारा वास्तव में "शोर" करती है। तरंग पर, आप इसे इस तरह देख सकते हैं:

अंजीर। 12. वर्तमान नियामकों और उनके बाद के "शोर" के कार्य (1 ए) में कूद के क्षणिक का ओस्सिलोग्राम। वर्तमान नियामकों पर प्रतिक्रिया (एडीसी से संकेत) और इन्वर्टर को खिलाए गए नियामकों के आउटपुट को दिखाया गया है। समय अक्ष 4.2ms के साथ एक सेल में।

ऑसिलोग्राम न केवल शोर को दिखाता है, बल्कि चालू नियामकों की क्षणिक प्रक्रिया को भी चालू करता है। वर्तमान 1ms से कम में काम किया जाता है, और क्षणिक एक तकनीकी इष्टतम के लिए ट्यूनिंग के करीब है। + -0.02A के आदेश के वर्तमान माप में शोर आउटपुट वोल्टेज में वर्तमान के 20% से बदलाव की ओर जाता है, जिसे शोर के रूप में सुना जाता है। यदि आप नियामकों को 10 बार धीमा करते हैं, तो आप निम्न चित्र प्राप्त कर सकते हैं:

अंजीर। 13. तकनीकी इष्टतम सेटिंग के संबंध में 10 केपी और की के साथ वर्तमान नियामकों के कार्य (1 ए) में कूद की क्षणिक प्रक्रिया का ऑसिलोग्राम। समय अक्ष 4.2ms के साथ एक सेल में।

वर्तमान नियामक नरम और शांत हो गए, जैसे कपास ऊन, और वे एनालॉग चैनल में कुछ शोर का जवाब देने में बिल्कुल दिलचस्पी नहीं रखते हैं - जैसे कि अपने स्वयं के कार्य पर ...

अगला, वीडियो स्थिति नियंत्रक से विभिन्न ध्वनियों को दिखाता है। वहां कई प्रयोग हैं, मैं आखिरी मामला दिखाऊंगा - एक अत्यधिक उच्च केपी स्थिति नियंत्रक के साथ आत्म-दोलन। चूंकि स्थिति संवेदक वृद्धिशील है, एक बड़े के साथ, केवल एक निशान द्वारा स्थिति में परिवर्तन "पागल" नियंत्रक को बहुत परेशान करता है, कार्य को गति लूप में फेंक देता है, और, तदनुसार, वर्तमान में। कुछ इस तरह:

अंजीर। 14. स्थिति के स्व-दोलन अत्यधिक उच्च केपी के साथ समोच्च होते हैं। वायलेट और लाल पल-पल बनाने वाले स्टेटर करंट (संदर्भ और वास्तविक), नीले निशान में एनकोडर से स्थिति (वेतन वृद्धि), ब्लू - पोजिशन कंट्रोलर (स्पीड लूप के संदर्भ) का संकेत देते हैं।

यह देखा जा सकता है कि केवल एक चिह्न (स्थिति सेंसर के एक "टिक") द्वारा स्थिति को बदलते समय, नियंत्रण प्रणाली 0.3A द्वारा वर्तमान संदर्भ को फेंकता है। यह एक विचारणीय बिंदु है, जिसे 5A की इंजन रेटिंग दी गई है, जो आंदोलन की शुरुआत की ओर जाता है और तदनुसार, उतार-चढ़ाव के लिए। वीडियो दिखाता है कि कैसे "डरावना" आत्म-दोलन ध्वनि करता है, हालांकि स्थिति एक हानिरहित निशान को आगे और पीछे कूदती है।

इस संबंध में, एक दार्शनिक सवाल उठता है: कौन से कंपन और शोर भयानक हैं, और कौन से ध्यान देने योग्य नहीं हैं? यह सब वस्तु पर निर्भर करता है - जहां सर्वो का उपयोग किया जाता है। यदि यह एक गियरबॉक्स और बैकलैश के साथ तीन-समन्वित मशीन है, तो वेल्डिंग के लिए एक मैनिपुलेटर बांह, या कुछ स्टीयरिंग गियर का एक उच्च गति वाला इमदादी ड्राइव है, तो वहां "रिंगिंग" इतना भयानक नहीं है। ऐसे अनुप्रयोगों में, यह सिर्फ ध्वनिक शोर है जो असंतोष का कारण बन सकता है, लेकिन वीडियो में दिखाए गए कुछ भी तकनीकी प्रक्रिया को प्रभावित नहीं करेगा। लेकिन अगर यह सिलिकॉन फैक्ट्री में किसी भी सब्सट्रेट की स्थिति के लिए एक सीधा ड्राइव है या अगर यह माइक्रोस्कोप के लिए एक सीधा ड्राइव है, तो शब्द से कोई शोर नहीं है। न केवल एनकोडर से स्थिति लूप के क्रेक्स, बल्कि यहां तक कि वर्तमान लूप से मुश्किल से श्रव्य शोर पहले से ही एक समस्या हो सकती है।क्योंकि यह सब कार्यशील निकाय को प्रेषित होता है और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के उल्लंघन का कारण बनेगा।

हां, मुझे यह कहना होगा कि वीडियो में दिखाई जाने वाली सभी आवाजें सिर्फ आवाज नहीं हैं। यदि आप शाफ्ट को पकड़ते हैं, तो वे सभी महसूस करते हैं, और बहुत अच्छे हैं। मानव उंगलियां बहुत संवेदनशील हैं - कई सेंसर से बेहतर। यहां तक कि वर्तमान नियामकों से "बहते पानी" का शोर महसूस किया जाता है। जैसे पानी के पाइप से। इसलिए, मानव के साथ बातचीत करने वाले सर्वो कार्यों के लिए, शोर और कंपन भी अवांछनीय हैं। एक झुका हुआ कॉकपिट के साथ एक विमान सिम्युलेटर की कल्पना करें, जहां ड्राइव इसके नीचे क्रंच और कराहता है।

शोर से कैसे निपटें? ठीक है, स्थिति अधिक या कम स्पष्ट समोच्च के साथ - आपको अधिक सटीक सेंसर लगाने की आवश्यकता है। 1000 टैग के साथ इन प्रयोगों से एनकोडर उच्च परिशुद्धता सर्वो के क्षेत्र में "हंस के लिए मुर्गियां" सेंसर है। यदि वे एक एनकोडर लगाते हैं, तो लगभग एक लाख निशान। और अधिक बार वे एक अनुरूप स्थिति सेंसर लगाते हैं, जो साइन / कोसाइन संकेत देता है। अच्छे ADC और ओवरसम्पलिंग का उपयोग करना (आवश्यकता से अधिक बार मापना, और फिर परिणाम के औसत), आप एनकोडर की तुलना में अधिक सटीकता की परिमाण का एक आदेश प्राप्त कर सकते हैं।

वर्तमान लूप में एडीसी शोर के साथ क्या करना है? सबसे पहले, शोर के स्रोत की तलाश करें। इस ड्राइव में, एक शोर स्रोत पाया गया - यह डीसी / डीसी है, जो इनपुट पावर सप्लाई से इंस्ट्रूमेंट 5V बना रहा है और इन्वर्टर बोर्ड पर लगा है। बोर्ड की वायरिंग पूरी तरह से सफल नहीं है, और पास होने वाले बोर्ड के सभी ट्रैक के लिए DC / DC "fonit" है। इस डीसी / डीसी से शोर की तुलना में स्वयं माइक्रोकंट्रोलर का एडीसी बहुत कम शोर है। दूसरी बात, यदि ADC का प्रदर्शन इसकी अनुमति देता है तो उसी ओवरसम्पलिंग का उपयोग किया जा सकता है। तीसरा, आपको सही माप सीमा चुनने की आवश्यकता है। मैंने 60A कनवर्टर से 5A मोटर के साथ काम किया। तदनुसार, वर्तमान को मापने के लिए एडीसी की पूरी श्रृंखला भी 60 ए के करीब है। यदि रेंज 20A थी, तो एंप्रेस में रूपांतरण के बाद एनालॉग चैनल पर एक ही शोर तीन गुना कम होगा।

लेकिन एडीसी से शोर सभी नहीं है। मैंने वीडियो में मुख्य शोर में से एक नहीं दिखाया जो पीडब्लूएम से श्रव्य - शोर नहीं है। इन प्रयोगों में पीडब्लूएम की आवृत्ति ऑडिटबिलिटी की सीमा पर - 20 kHz के बराबर सेट की गई थी। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि ये कंपन रोटर शाफ्ट में प्रेषित नहीं होते हैं। किसी दिए गए पीडब्लूएम आवृत्ति के कारण मोटर में वर्तमान के तरंग को मापना आवश्यक है, इसे फिलहाल पुनर्गणना करें, और फिर यह पहले से ही मूल्यांकन करना संभव है कि यह शाफ्ट को "पास" करेगा या नहीं। चित्रा 15 मोटर चरण में तरंग वर्तमान को दर्शाता है, बाहरी सेंसर और एक आस्टसीलस्कप द्वारा मापा जाता है।

अंजीर। 15. 20 kHz की PWM आवृत्ति पर मोटर चरण में वर्तमान तरंग। तरंग की परिमाण 0.3A है।

0.3A पर वर्तमान लहर काफी महत्वपूर्ण है। बल्कि, यह महत्वपूर्ण होगा अगर हम इस ड्राइव के साथ इंटेल कारखाने में सिलिकॉन सब्सट्रेट्स की स्थिति बनाने जा रहे थे। सौभाग्य से, इस प्रकार के इंजनों के लिए यह विशेष रूप से चमकता नहीं है और आप समस्या के बारे में भूल सकते हैं। लेकिन क्या होगा अगर आपको अधिक गंभीर ड्राइव बनाने की आवश्यकता है? शुरुआत के लिए, आप पीडब्लूएम की आवृत्ति बढ़ा सकते हैं। आधुनिक बिजली क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर 500 kHz तक की स्विचिंग आवृत्ति प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, वहाँ हैं ... तीन समस्याओं।

पहली समस्या यह है कि पीडब्लूएम आवृत्ति में वृद्धि के साथ, तथाकथित "मृत समय" का प्रभाव बढ़ता है (कुछ इसे मृत समय ठहराव कहते हैं, लेकिन यह गलत है - वर्तमान प्रवाह वहां)। यह वह समय है जब पलटनेवाला का निचला ट्रांजिस्टर पहले ही बंद हो गया है, और ऊपरी अभी तक चालू नहीं हुआ है (और इसके विपरीत)। यह समय एक प्रकार के ट्रांजिस्टर के लिए समान है, और PWM अवधि के प्रतिशत के रूप में, यह PWM की आवृत्ति में वृद्धि के साथ अधिक से अधिक हो जाता है। इनवर्टर के वर्तमान नियामकों में गैर-रैखिकता जोड़ते हुए डेड टाइम इन्वर्टर आउटपुट वोल्टेज को विकृत करता है।

दूसरी समस्या यह है कि पीडब्लूएम आवृत्ति बढ़ने के साथ यह बहुत पीडब्लूएम माइक्रोकंट्रोलर उत्पन्न करना कठिन होता जा रहा है। माइक्रोकंट्रोलर एक हार्डवेयर टाइमर का उपयोग करके PWM बनाता है जो माइक्रोकंट्रोलर के प्रत्येक घड़ी चक्र के साथ प्रति यूनिट टिक करता है। टाइमर के साथ तुलना सेट करके, प्रोग्रामर कुंजी को खोलने के लिए किस समय पर चुनता है। 100 MHz पर एक माइक्रोकंट्रोलर और 500 kHz की PWM आवृत्ति के साथ इस तरह की प्रणाली में क्या होगा? हम एक को दूसरे में विभाजित करते हैं, हमें निर्धारित बिंदु निर्धारित करने के लिए 200 क्वांटा (असतत) मिलता है। पीडब्लूएम के लिए 200 वोल्टेज सेटिंग सेटिंग "शब्द से बिल्कुल भी अनुपयुक्त" है। एक सर्वो को परिमाण के कम से कम दो आदेशों की आवश्यकता होती है। इसके लिए, कुछ माइक्रोकंट्रोलर निर्माता तथाकथित उच्च-रिज़ॉल्यूशन पीडब्लूएम को अपने उत्पादों में एकीकृत करते हैं - वे माइक्रोकंट्रोलर के एकल घड़ी चक्र से कई गुना बेहतर समय के संकल्प के साथ महत्वपूर्ण उद्घाटन समय की गिनती करने की अनुमति देते हैं।इस माइक्रोकंट्रोलर में ऐसी संभावना है, हालांकि, तीसरी समस्या उच्च-रिज़ॉल्यूशन पीडब्लूएम को शामिल करने से रोकती है।

तीसरी समस्या करंट सेंसर की है। इनवर्टर का उपयोग किया जाता है, वे एक अलग प्रकार के होते हैं और इनवर्टर की निचली कुंजी के साथ श्रृंखला में होते हैं। और इसका मतलब है कि उस समय केवल चरण में वर्तमान को मापना संभव है जब कम कुंजी खुली हो। और इसका मतलब यह है कि एडीसी स्टार्ट-अप को पीडब्लूएम ऑपरेशन के साथ सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए और माप उस समय ठीक से किया जाना चाहिए जब कम कुंजी खोली जाती है। समस्या यह है कि एनालॉग सर्किट में मरीजों के पास समाप्त होने का समय नहीं है, अगर पीडब्लूएम आवृत्ति बहुत अधिक है - वर्तमान को एक त्रुटि के साथ मापा जाना शुरू होता है। सामान्य तौर पर, सब कुछ जटिल है ...

एक मौलिक रूप से अलग तरीका है - सर्वो ड्राइव के कुछ निर्माता आम तौर पर पीडब्लूएम को मना करते हैं और एफपीजीए पर या रैखिक मोड में सक्रिय परिचालन एम्पलीफायरों पर एक हार्डवेयर करंट लूप बनाते हैं और पीडब्लूएम को बचाने के लिए डिज़ाइन की गई सभी अतिरिक्त ऊर्जा को नष्ट कर देते हैं। लेकिन यह एक बहुत ही अलग कहानी है।

निष्कर्ष

सर्वो के लिए आवश्यकताएं बहुत अलग हैं - किसी को एक सरल धीमी सीएनसी मशीन के लिए चरण-दर-चरण नियंत्रण मोड की आवश्यकता होती है (समस्या मूल्य ड्राइवर + मोटर एक हजार रूबल की है), किसी को स्थिति को बनाए रखने की ऐसी गुणवत्ता की आवश्यकता है कि वर्तमान सर्किट का शोर भी एक समस्या बन जाए। यह लेख "शीर्ष पर" अधीनस्थ विनियमन की प्रणाली के काम के कुछ पहलुओं और स्थिति लूप के काम की गुणवत्ता के बारे में बात करता है ताकि पाठक को अच्छी तरह से ज्ञात "सौतेले पुरुषों" के अलावा कुछ और से मिलवाया जा सके। इन प्रयोगों में दिखाए गए सर्वो ड्राइव की गुणवत्ता, वास्तव में, बहुत औसत दर्जे की है, मुख्य रूप से रोटर स्थिति सेंसर के कम रिज़ॉल्यूशन के कारण है। अच्छे रिज़ॉल्यूशन वाले सेंसर का उपयोग करते समय, विनियमन की गुणवत्ता स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है।

ये प्रयोग NIIET OJSC (ARM Cortex-M4F, 100 MHz) के घरेलू मोटरकंट्रोल माइक्रोकंट्रोलर K1921BK01T के आधार पर निर्मित NPF Vektor LLC से वेक्टरकार्ड K1921BK01T डिबगिंग किट पर किए गए थे । डिबगिंग किट में वीडियो लेख में दिखाए गए सभी उपकरण शामिल हैं, जिसमें अधीनस्थ विनियमन के इस तीन-लूप सिस्टम के साथ स्रोत कोड में माइक्रोकंट्रोलर सॉफ़्टवेयर भी शामिल है, साथ ही नियंत्रण प्रणाली के किसी भी चर के ऑसिलगोग्राम को देखने के लिए सॉफ्टवेयर भी शामिल है।

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बोनस वीडियो

सर्वो ड्राइव में स्थिति बनाए रखना: अधीनस्थ नियंत्रण बनाम चरण मोड

तीन-लूप नियंत्रण संरचना

प्रत्यक्ष और प्रत्यावर्ती धारा: स्थिति लूप के लिए क्या अंतर है?

चरण मोड

डंडे के जोड़े की संख्या

vs :

चरण मोड बनाम अधीनस्थ विनियमन: अभ्यास

स्टेप मोड बनाम स्लेव कंट्रोल: स्टैटिक मोड में तुलना

vs :

बंद सर्किट और उनका शोर

निष्कर्ष

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