구동 회전 각도, 토크 제어시 다양한 하중으로 이동 속도를 유지하려면 어떻게해야합니까?

DC 모터와 헬리컬 드라이브를 사용하여 3D 이동 드라이브 (3D 프린터 / CNC 분쇄기 등)를 설계하고 있습니다.

DC 모터는 작동 요소 (헤드, 테이블 또는 헤드 브리지)를 지원하는 리드 스크류 액추에이터를 구동합니다.

모터 샤프트의 전류-피구 동 요소의 위치는 광학 인코더로 읽습니다. (그로부터 속도, 가속도, 운동량 등을 도출 할 수 있습니다.) 전류 (모터와 직렬로 고정 된 낮은 저항의 전압)와 모터 단자의 전압을 읽을 수 있습니다. .

PWM을 통해 모터에 공급되는 전원을 구동 할 수 있습니다.

최적의 주행을 위해서는 가능한 한 (가공 된 가공 매개 변수에 대해) 이동 속도를 최대한 가깝게 유지해야하며 가공 재료로서 공구에 대한 재료의 저항은 예상치 못한 패턴으로 변경됩니다.

이것은 출력이 입력을 직접적으로 따르는 것으로 가정하는 스테퍼 모터에서는 매우 간단합니다. 그러나 DC 모터의 경우, 토크가 증가함에 따라 제어력이 훨씬 더 반응력이 높아야합니다.

사전 설정에 가장 가까운 이동 속도를 유지할 수있는 제어 알고리즘-추가 조건 충족 : 사전 설정 속도 초과를 제한하거나 빠르게 최소화; 헤드가 재료를 빠져 나감에 따라 하중이 급격히 감소하면 속도가 증가하고 헤드가 인접 요소로 구동되어 공작물이 손상 될 수 있습니다.

(이것은 짧은 답변보다는 시간이 오래 걸리는 질문 중 하나입니다. 자동 제어 알고리즘은 여러 학기 동안 좋은 주제이며, 특정 기준을 충족하는 제어 알고리즘을 선택하고 설명하려면 약간의 작업이 필요합니다.)

control-engineering feedback-loop

— SF.
소스

공구에 대한 저항이 예기치 않게 변경 될 것이라고 생각하는 이유는 무엇입니까? 부품을 올바르게 가공하려면 가공하기 전에 부품의 정확한 설명과 함께 원하는 모양을 알아야합니다. 맹목적으로 자르는 것은 실제로 재난의 요리법처럼 들립니다.

— Trevor Archibald

DC 모터에서 속도는 전압에 비례하고 토크는 전류에 비례한다는 것을 알고 있습니까? 즉, 모터에 과부하가 걸리지 않는 한 전압을 일정하게 유지하면 속도가 거의 일정하게 유지되며 부하 토크가 증가함에 따라 모터가 더 많은 전류를 끌어옵니다. 모터가 본질적으로 제공하는 것보다 더 빠른 속도 제어가 필요한 경우 피드백 제어 회로 만 추가하면됩니다.

— Dave Tweed 님이

@DaveTweed : 나는-모터의 인덕턴스는 전압 피드백을 지연시키고 과도한 토크는 속도의 급상승을 일으킨다. 이것이 바로 위치 (-> 속도) 피드백이 필수적인 이유입니다. 그렇지 않으면 (단순히 비례적인) 간단한 제어를 통해 전압을 유지하는 것만으로도 충분할 수 있습니다 (예 : 타이밍 제약이 느슨하거나 오류 허용 오차가 큰 경우).

— SF.

플라이휠의 개념을 이해하십니까? 나는 귀찮게하려고하지 않습니다. 단지 당신이 당신의 프로필 에서이 분야의 교육 및 / 또는 경험에 대해 전혀 말하지 않았다는 것입니다. 질문의 문구는 그 또는 당신이 무엇인지에 대한 단서가 거의 없습니다. 실제로 달성하려고합니다.

— Dave Tweed 님이

@DaveTweed : 제어 자동화에 적용된 정보학의 공학 학위; 불행히도 몇 년 전에는 좋았고 자동 이론의 세부 사항은 거의 기억하지 못합니다. 아마 10 년 전에 나는 이것에 스스로 대답 할 수있었습니다. 내가 달성하려는 것은 스테퍼 모터를 사용하는 것보다 빠른 CNC 용 드라이브입니다.

— SF.

이는 일반적으로 PID (Proportional, Integral, Derivative) 제어 알고리즘으로 수행됩니다. PID 컨트롤러의 설계 및 최적화에 관한 많은 문헌이 있으므로 여기에서 더 구체적으로 설명하는 것은별로 의미가 없습니다.

일반적으로 PID 컨트롤러를 사용하여 속도를 조절합니다. 정지 점도 중요하다고 가정하면, 종점의 위치 정확도와 감속 정확도 사이에는 약간의 상충 관계가 있습니다. 상대적으로 낮은 관성 시스템과 합리적인 감속 값으로 인해 이는 일반적으로 큰 문제가 아닙니다.

Wikipedia는 https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller 에서 PID 컨트롤러 설계에 대한 매우 심도 깊은 기사를 제공합니다 . 작업중인 플랫폼에 따라 사용 가능한 여러 샘플 및 오픈 소스 구현도 있습니다. 이 기본 연구를 이미 수행했으며보다 구체적인 질문이있는 경우 명확히하십시오.

— 에단 48
소스

첫째, 일반 PID는 감소와 같은 속도를 초과하여 반응합니다. 이 경우 비대칭이 중요합니다. 속도를 크게 떨어 뜨릴 수는 있지만 초과하면 공작물이 손상됩니다. 두 번째 문제는 PID의 작동 방식을 설명하는 데 간단한 Wikipedia 기사가 필요하지만 올바른 작업 매개 변수를 찾는 방법에는 다소 큰 책이 필요합니다.

— SF.

(특히, 속도를 초과하는 경우 컨트롤러가 신속하고 강하게 반응하여 음의 힘을 가할 수 있습니다. 음의 힘을 가할 수 있습니다.이 속도는 속도를 "줄 아래로"올릴 수있는 시간이 없기 때문에 속도를 "줄여서"줄입니다. 반대의 경우에 속도가 너무 낮 으면 점근 적 상승이 오버 슈팅보다 바람직하지만, 일반 PID는 제어 동작의 비대칭 성을 제공하지 않는다고 생각합니다.

— SF.

당신은 절대적으로 맞습니다-PID 루프의 튜닝은 꽤 복잡하며 전체 책의 주제입니다. 내가 만들려고 점은없는 것입니다 더 자세한 내용은, 우리가 조정에 당신을 도울 수 있습니다. PID 루프에 적용되는 많은 최적화 및 추가 필터가있어 응용 프로그램에서 작동한다고 생각합니다. 특히 비대칭 응답의 관점에서 PID 루프는 안정성을 유지하기가 더 어려워도 상승 및 하강 오류율에 대해 다른 D 계수를 가질 수 있습니다.

— Ethan48

누락 된 정보가 있으면 질문 할 수있는 정보를 제공 할 의향이 있습니다. 모터 매개 변수가 알려져 있다고 가정 할 수 있습니다. 다른 많은 것 (메커니즘의 관성)이 측정 될 수 있으며 방정식의 매개 변수 여야합니다. 메커니즘의 마찰은 하중의 일부로 포함되어야하며, 너무 많은 변수가 별도의 주어진 값을 갖지 않아야합니다. 정의되지 않은 부품이 있으며 (상승 측의 속도에 대한 시간 허용과 같은) 자유 변수로 간주해야합니다

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실제 산업에서는이 문제를 해결하는 일반적인 두 가지 방법이 있습니다. 하나를 구축하고 기본 PID 루프를 구현 한 다음 작동 할 때까지 튜닝 및 추가를 실험 해보십시오. 피드백은 사람 관찰자로부터 정성 적이거나 센서에서 정성적일 수 있습니다. 또는 제어 전문가를 불러 전체 시스템을 자세하게 모델링하여 시작 값을 '맹목적'으로 설정하십시오. 이것은 내가 아는 한 매우 큰 시스템에서만 수행되며 여전히 현장에서 조정이 필요합니다.

— Ethan48