Control de motor de CC - curva de velocidad-par

Tengo problemas para entender cómo usar prácticamente la curva de velocidad-par de un motor de CC.

Entiendo que el gradiente de la curva de velocidad-par está definido por el diseño del motor, la posición exacta de la curva depende del voltaje aplicado. Entonces, si se cambia el voltaje, la curva de velocidad-par también cambia pero permanece paralela a la curva inicial antes de que se cambiara el voltaje. Ver figura a continuación.

Entonces, mi suposición intuitiva es que cuando se usa el motor en un punto de operación deseado dado (velocidad deseada y par deseado), la curva de velocidad-par Cd correspondiente tiene un gradiente especificado en la hoja de datos del motor y pasa a través del punto de operación. Esta curva Cd se obtiene a un voltaje correspondiente Vd . Ver diagrama a continuación.

Entonces, mi siguiente suposición es que para que el motor funcione en este punto de operación deseado, debe establecer el voltaje aplicado al motor en Vd y aplicar una Id de corriente (calculada utilizando el par y la constante de par).

Ahora, por lo que leí, esto no es lo que se hace en los controladores de motores de CC. Estos parecen conducir solo el motor usando corriente y algún tipo de magia PWM como se muestra en el siguiente diagrama de maxon.

¿Alguien sabe por qué no se usa voltaje en el control del motor de CC y solo se usa la corriente? No entiendo cómo puede establecer la velocidad si no modifica el voltaje. ¿Y para qué sirve PWM?

He buscado durante horas en Internet y no pude encontrar nada relevante.

Gracias,

Antoine

El problema es que no puede controlar tanto el voltaje como la corriente. Aplica un voltaje y el motor consume la corriente que desee (sujeto a su capacidad de suministrar esa corriente). Alternativamente, puede hacer un controlador de corriente que ajusta automáticamente el voltaje para mantener la corriente deseada.

Una analogía sería empujar un objeto a través de la miel. El voltaje es equivalente a la fuerza que está aplicando, y la corriente es equivalente a la velocidad del objeto.

El objeto se mueve a una velocidad que depende de qué tan fuerte estés empujando y las dimensiones del objeto. No puede optar por empujar suave y rápidamente, y no puede optar por empujar realmente fuerte y lentamente. Si desea que el objeto se mueva a cierta velocidad, no tiene más remedio que ajustar la cantidad de fuerza que aplica hasta que se mueva a esa velocidad. Si se mueve demasiado rápido, reduce la fuerza. Demasiado lento e incrementas la fuerza.

Así es como se controla un motor. La 'magia' de PWM es solo una forma de controlar el voltaje que no hace que el controlador de voltaje se caliente demasiado. (La alternativa es una fuente de voltaje lineal, que se calentará mucho).

Antes de entrar en lo que está sucediendo en el controlador del motor, valdría la pena mirar un gráfico diferente:

Aquí podemos ver que el par producido por el motor es puramente una función de la corriente que fluye a través de los devanados, y es bastante lineal. Si desea producir un cierto par en el motor, todo lo que necesita hacer es buscar en el gráfico la corriente requerida, luego dígale a su controlador actual que entregue esta corriente. Lo hace midiendo constantemente la corriente real y ajustando el voltaje en el motor (usando magia PWM).

Ahora tenemos una situación muy agradable para el controlador de nuestro robot. Suponiendo un mundo sin fricción, el par motor es proporcional a la aceleración. Si puede controlar la aceleración, puede controlar fácilmente la velocidad y la posición del motor.

El controlador de posición del motor conoce la trayectoria que necesita del motor y puede calcular la cantidad de torque que necesita en cada punto durante esta trayectoria (porque conoce la aceleración en cada punto de la trayectoria). También está mirando la posición real del motor, que no será del todo correcta debido a la fricción, y utiliza ese error de posición para ajustar la cantidad de par que desea. Luego convierte la demanda de torque en una demanda actual y se la da al controlador actual.

Y ahí tienes un servo.