Встраиваемый блок управления коллекторными двигателями постоянного тока БУКД-12

БУКД-12 предназначен для управления коллекторным двигателем постоянного тока с напряжением питания до 24В. Блок управления обеспечивает плавный старт и торможение, регулирование и стабилизацию скорости двигателя без энкодера. Коэффициенты ПИД-регулятора доступны для настройки пользователем по Modbus (USB подключение).

БУКД-12 выполнен в виде электронного устройства без корпуса и предназначен для встраивания в панель. Такой блок управления удобно использовать для панелей управления оператора различных устройств.

Напряжение питания, В	12...24
Максимальный продолжительный ток двигателя, А	12
Диапазон регулировки ограничения тока, А	0,5 - 12
Аппаратная защита от короткого замыкания, А	5 - 17
Стабилизация скорости	по обратной ЭДС двигателя

Описание .pdf
Паспорт .pdf
3D Модель .zip

• регулирование скорости потенциометром без стабилизации;
• регулирование скорости потенциометром и стабилизация скорости по обратной ЭДС;
• задание скорости параметрами по USB, без стабилизации;
• задание скорости параметрами по USB, стабилизация скорости по обратной ЭДС.

Предусмотрено задание скорости вращения как с помощью ручки потенциометра, так и программно (подключение к ПК по USB).

В блоке управления коллекторными двигателями БУКД-12 предусмотрена настраиваемая защита двигателя от перегрузки. Пользователь имеет возможность установить требуемое максимальное значение тока двигателя до 12 А. Функция может быть использована как для защиты двигателя от перегрузки по току, так и для защиты механики от превышения допустимого момента.

В блоке управления коллекторными двигателями БУКД-12 реализована стабилизация скорости вращения на основе обратной ЭДС двигателя, так как этот метод является оптимальным как с точки зрения стоимости конечной системы, так и с точки зрения производительности двигателя.

Известно, что скорость вращения коллекторного двигателя постоянного тока зависит от момента нагрузки. Для стабилизации скорости при изменении нагрузки требуется внешний контроллер и система обратной связи, которая будет определять изменение, корректировать управляющее воздействие и стабилизировать скорость вращения.

Существует несколько вариантов обратной связи, которые могут быть использованы для решения задачи стабилизации скорости: обратная связь по току, обратная связь по внешнему энкодеру и обратная связь по противо-ЭДС двигателя.

1. Почему не энкодер?

В качестве источника обратной связи часто используют данные с энкодера (резолвера, тахогенератора). Однако такой подход, устраняя одну проблему — колебания скорости при изменении нагрузки, добавляет другую — усложнение и удорожание системы.

2. Почему не обратная связь по току?

Ввиду простоты реализации и дешевизны обратная связь по току часто используется в бюджетных системах, где выходная скорость должна примерно поддерживаться, но нет жестких требований к фактической скорости и времени реакции привода на изменение нагрузки. Типичными примерами устройств на основе контроллеров компенсации нагрузки R x I являются бытовые швейные машины, бытовой электроинструмент (дрели, шуруповерты), кухонная техника (миксеры, мясорубки и т. д.). Из-за принципа управления стабилизация скорости осуществляется с задержкой, рывки и подергивания при изменении нагрузки неизбежны. Еще одним существенным недостатком таких устройств является необходимость ручной настройки каждого устройства с определенным двигателем. При настройке требуется не только регулировка скорости, но и имитация нагрузки двигателя. В этом случае уровень компенсации подбирается эмпирически по результатам тестовой нагрузки. Если в процессе эксплуатации скорость или нагрузка существенно отличаются от тестовых, то качество стабилизации скорости будет хуже.

3. Почему именно обратная ЭДС двигателя?

Стабилизация скорости на основе обратной ЭДС двигателя — оптимальный вариант для промышленных систем, использующих двигатель без энкодера. С одной стороны, система экономична (в отличие от устройств на основе энкодера), так как может использоваться с двигателем без энкодера. С другой стороны, нет необходимости в первоначальной настройке, как в случае с обратной связью по току. При стабилизации скорости на основе обратной ЭДС двигателя блок управления отслеживает скорость двигателя, коррекция происходит быстрее, а при изменении нагрузки отсутствуют рывки и автоколебания, характерные для устройств с обратной связью по току (устройства компенсации нагрузки на основе R x I).

Требования к точности поддержания оборотов и скорости стабилизации зависят от конкретной задачи и могут сильно отличаться. Двигатели разных моделей отличаются по характеристикам и по-разному реагируют на изменение нагрузки и компенсацию скорости. Кроме того, сам характер нагрузки может иметь разные параметры (инерционность, цикличность, изменение величины с течением времени).

Чтобы адаптировать любые модели двигателей к задачам с высокими требованиями к точности подержания скорости и настроить для работы с изменяющейся нагрузкой, в блоке управления коллекторными двигателями БУКД-12 реализован полноценный ПИД регулятор, коэффициенты которого доступны для редактирования.

Изменение пропорционального коэффициента позволяет скорректировать время реакции привода на изменение нагрузки и скорости, а также уменьшить величину постоянной ошибки. Интегральный коэффициент позволяет свести к нулю установившуюся ошибку скорости, а дифференциальная составляющая устраняет колебания системы. Таким образом, контроллер с ПИД регулятором позволяет добиться плавной работы привода с постоянной скоростью, без рывков при изменении нагрузки на вал двигателя.

Программа BMD-control-mini предназначена для быстрой начальной параметризации блока управления БУКД-12, а также для выполнения тестовых перемещений — установки скорости и ускорения, запуска и остановки двигателя.

Программа Modbus Special Utility предназначена для доступа ко всем настройкам и регистрам блока управления коллекторными двигателями БУКД-12. С помощью программы Modbus Special Utility можно выполнить точную настройку привода для систем с высокими требованиями к точности поддержания скорости для любых вариантов нагрузки и разных моделей двигателей.