Токовое управление Brushed DC motor, Нужна критика, критика и еще раз критика схемы Опции

[haker_fox]

Здравствуйте! Решил внедрить токовое управление коллекторным двигателем постоянного тока. Идея - задать два порога тока. Один из них (Imax) максимально-допустимое значение тока через обмотку двигателя. Второе (Ictrl) - рабочее значение тока, т.е. то, которое будет использоваться в качестве силы, крутящей ротор и задающей ускорение. Согласно этому уравнению:
I*k = d^2/dt^2 (Theta)*J + d/dt (Theta)*b,
где: I - сила тока через обмотку ротора,
k - постоянная двигателя,
Theta - положение ротора,
b - коэффициент динамического трения.

Токи задаются напряжениями (батарейки на схеме) и подаются на компараторы. Также, на компараторы заведена обратная связь по току с шунта двигателя. Таким образом, ток через обмотку ротора постоянно сравнивается с заданными рабочим и максимальным. В превышения одного из них, на выходе одного или обоих компаратор будет низкий уровень. Т.к. эти компараторы с открытым коллектором, то соединение их выходов допустимо. Выходы компараторов подключены на входы сброса с данных D-триггера. При очередном тактовом импульсе (PWM) этот низкий уровень будет записан на выход триггера и MOSFET не откроется. Если ток превысил одно из значений уже после переднего фронта сигнала PWM, то триггер сбросится по входу сброса. Т.е. ограничение тока работает всегда. Также, при новом переднем фронте импульса PWM, если ток двигателя в норме, то высокий логический уровень запишется по входу данных на выход триггера и MOSFET откроется. Частота PWM 8 КГц. Заполнение (длина импульса) не играет роли, т.к. запись в триггер происходит только по переднему фронту. Важен лишь период. Для подавления помех использован пассивный ФНЧ. Нижняя часть схемы (сборка на диодах Шоттки) представляет собой защиту входа АЦП микроконтроллера на тот случай, если потребуется измерение тока.

Как следует из описание и теории, схема должна управлять ускорением двигателя, а значит и скоростью и положением.

Есть сомнения, не будет ли мешать противо ЭДС? Как мне раньше говорили здесь на форуме - не должна.
Также имеются сомнения по поводу фильтра. Вдруг возникнут помехи, которые он не подавит, и тогда все управление сломается?
Ну и самое главное сомнение - верна ли идея?
Спасибо заранее за все ответы!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Duhas]

повторюсь - ТЗ как такового не существует... собирается нечто вроде стенда, для практически любого ДПТ...

[Guest_TSerg_*]

повторюсь - ТЗ как такового не существует... собирается нечто вроде стенда, для практически любого ДПТ...

Если, что - ТЗ Исполнитель пишет сам себе По ГОСТ-у

Так, что не составляет труда "нарисовать" самому себе круг требований и ограничений.

"Практически любой ДПТ" - это может быть, начиная от ДПМ до многокиловатного привода прокатного стана.
Не может быть универсального стенда для "любого" ДПТ.

Опять же испытание привода без реальной нагрузки или ее модели - кому оно надо.
Я плохо представляю себе стенд с возможностью задания любого встречающегося в практике типа нагрузки.
Так, что и здесь наверняка есть ( известна ) область применения.

P.S.

Примеры отработки пусковых и нагрузочных режимов на условном ДПТ с той или иной САУ или без.




Прямой пуск без обратных связей
Wo = 160 рад/c;
М1 = 1 Н*м;
Id = 1.5 A;



Прямой пуск без обратных связей + наброс нагрузки М4 = 4 Н*м
Wo = 93 рад/c;
М = М1 + М4 = 5 Н*м;
Id = 5.8 A;
Im = 14 A

Как видим, характеристика двигателя довольно мягкая и просадка скорости составила 42%
Кратность пускового тока довольно высокая Ki = Im/Id = 2.4



Прямой пуск +ООС по току с отсечкой + наброс нагрузки М4 = 4 Н*м
Wo = 93 рад/c;
М = М1 + М4 = 5 Н*м;
Id = 1.5 A;
Im = 8.5 A

Кратность пускового тока уменьшена Ki = Im/Id = 1.5



Обратная связь по скорости
Wo = 155.7 рад/c;
М1 = 1 Н*м;
Id = 1.4 A;
Im >> Id

+ наброс нагрузки M4 = 4 Н*м

Wo = 154.9 рад/c;
М = М1 + М4 = 5 Н*м;
Id = 5.86 A;
Im >> Id

Характеристика системы жесткая ( погрешность поддержания скорости при возмущающих
воздействиях не более 0.5%
Кратность тока недопустимо высока.




Обратная связь по скорости + ООС по току с отсечкой + наброс нагрузки
Wo = 154.9 рад/c;
М = 5 Н*м;
Id = 5.86 A;
Im = 9 А
Ki = 1.6

Т.е. получаем высокоточный привод + ограничение пусковых токов.



Для любителей ПИД регулятора + ООС по току с отсечкой имеем

Скорость при М1=1 Н*м W1 = 156.9 рад/с
Скорость при набросе нагрузки W2 = 156.6 рад/с

Статическая погрешность снизилась с 0.5% до 0.2 % и кроме того, уменьшены погрешности в переходных режимах ( пуск и наброс нагрузки).

P.S.
На токовых графиках пульсации тока - это не погрешность расчета.
В модельную схему вставлен тиристорный источник питания ( однофазный полно-управляемый мост, частота сети 50 Гц ).
Именно поэтому от R-датчика тока ( нет дополнительной фильтрации ) получаем небольшую пульсацию сигнала. Как заметно, она не мешает процессу регулирования. Возможно "легкая" фильтрация сигнала от датчика не помешает.

P.P.S.
Хэх.. Сейчас посмотрел - оказывается модель датчика тока сделал апериодическим звеном с постоянной времени 5 мс.