마이너 루프 피드백

Minor loop feedback

마이너 루프 피드백은 전체 피드백 [1]루프 내에서 하위 시스템 주변의 피드백 루프를 사용하여 안정적이고 견고한 선형 피드백 제어 시스템을 설계하는 데 사용되는 고전적인 방법입니다.이 방법은 대학 [1][2]교과서나 일부 정부 [3]문서에서는 마이너 루프 합성이라고 부르기도 합니다.

이 방법은 그래픽 방식으로 설계에 적합하며 디지털 컴퓨터가 보급되기 전에 사용되었습니다.제2차 세계 대전에서는 이 방법이 총기 배치 제어 시스템을 [4]설계하기 위해 사용되었습니다.지금도 사용되고 있지만 항상 이름으로 언급되는 것은 아닙니다.이것은 종종 Bode 플롯 방법의 맥락에서 논의된다.마이너 루프 피드백을 사용하여 [5]opamp를 안정화할 수 있습니다.

예

망원경 위치 서보

각도 위치 서보 및 신호 흐름 그래프.θC) 원하는 각도 명령, θL)실제 적재하 물 각도, 취사 근무)위치 루우프 이득, VωC)속도 명령, VωM)모터 속도 감각 전압, KV)속도 루우프 이득, 근처)현재 명령, VIM)현재 감각 전압, 케이시)현재 폐 루프 이득, VA)전력 증폭기 출력 전압, 루크)모터 인덕턴스, IM)모터 전류, RM)운동 저항, RS)curr.의 의미 resistance, KM = 모터 토크 상수(Nm/amp), T = 토크, M = 모든 회전 구성 요소의 관성 모멘트 α = 각가속도, β = 기계적 댐핑, GM = 모터 후방 EMF 상수T, G = 타코미터 변환 이득 상수1개의 전송 경로(다른 색으로 표시)와 6개의 피드백루프가 있어요구동축은 스프링으로 취급되지 않을 정도로 단단하다고 가정합니다.상수는 검은색으로 표시되고 변수는 보라색으로 표시됩니다.의도적인 피드백은 점선으로 표시됩니다.

이 예는 맥도날드 천문대의 [6]Harlan J. Smith 망원경을 위한 제어 시스템에서 약간 단순화(모터와 부하 사이에 기어가 없음)되었습니다.그림에는 전류 제어 루프, 속도 제어 루프 및 위치 제어 루프의 세 가지 피드백 루프가 있습니다.마지막은 메인 루프입니다.나머지 2개는 마이너루프입니다전송 경로에는 마이너루프 피드백이 없는 전송 경로만 고려되며 피할 수 없는 위상 시프트 단계가 3개 있습니다.모터 인덕턴스와 와인딩 저항은 약 200Hz의 대역폭을 가진 로우패스필터를 형성합니다.속도에 대한 가속은 적분자이고 위치에 대한 속도는 적분자입니다.이 경우 전체 위상 편이가 180~270도입니다.위치 피드백만 연결하면 거의 항상 불안정한 동작이 발생합니다.

전류 제어 루프

가장 안쪽의 루프는 토크 모터의 전류를 조절합니다.이 유형의 모터는 로터 전류에 거의 비례하는 토크를 발생시킵니다(강제적으로 역회전하더라도).정류자의 작용으로 인해 두 개의 로터 권선이 동시에 통전되는 경우가 있습니다.모터가 전압 제어 전압원에 의해 구동되는 경우, 전류는 토크와 마찬가지로 약 2배로 증가합니다.작은 센싱 저항기S(R)로 전류를 검출하고 그 전압을 구동 앰프의 반전 입력에 피드백함으로써 증폭기는 전압 제어 전류원이 된다.정전류의 경우 두 권선이 통전될 때 두 권선은 전류를 공유하며 토크 변동은 약 10%입니다.

속도 제어 루프

다음 가장 안쪽 루프는 모터 속도를 조절합니다.타코미터(작은 영구 자석 DC 제너레이터)의 전압 신호는 모터의 각 속도에 비례합니다.이 신호는 속도 컨트롤 앰프(KV)의 반전 입력으로 피드백됩니다.속도 컨트롤 시스템은 바람, 두 번째 축 주위의 움직임 및 모터로부터의 토크 리플과 같은 토크 변동을 나타낼 때 시스템을 '더 빠르게' 만듭니다.

위치 제어 루프

가장 바깥쪽의 루프인 메인 루프가 부하 위치를 조절합니다.이 예에서 실제 로드 위치의 위치 피드백은 이진 출력 코드를 생성하는 로터리 인코더에 의해 표시됩니다.실제 위치는 위치 제어 앰프(KP)를 구동하는 DAC(디지털-아날로그 변환기)를 구동하는 디지털 감산기로 원하는 위치와 비교됩니다.위치 제어를 통해 모터와 망원경 사이의 기어(표시되지 않음)로 인해 발생하는 처짐 및 약간의 위치 리플을 서보가 보상할 수 있습니다.

합성

일반적인 설계 절차는 로컬 피드백을 사용하여 가장 안쪽 서브시스템(망원경 예의 전류 제어 루프)을 설계하여 게인을 선형화하고 평탄하게 만드는 것입니다.안정성은 일반적으로 Bode 플롯 방법에 의해 보장된다.일반적으로 대역폭은 가능한 한 넓게 설정됩니다.다음으로 다음 루프(망원경 예의 속도 루프)를 설계합니다.이 서브시스템의 대역폭은 동봉된 시스템의 대역폭보다 3~5배 적은 값으로 설정되어 있습니다.이 프로세스는 각 루프의 대역폭이 동봉된 시스템의 대역폭보다 적은 경우에도 계속됩니다.각 루프의 대역폭이 폐쇄된 서브시스템의 대역폭보다 3~5배 적은 한 폐쇄된 시스템의 위상 시프트는 무시될 수 있다. 즉, 서브시스템은 단순한 플랫 게인으로 취급될 수 있다.각 서브시스템의 대역폭은 그 서브시스템의 대역폭보다 작기 때문에 각 서브시스템의 대역폭은 최외측 루프에 충분한 대역폭을 확보할 수 있도록 가능한 한 크게 하는 것이 바람직합니다.시스템은 종종 신호 흐름 그래프로 표현되며 전체 전달 함수는 Mason's Gain 공식에서 계산할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Kuo, Benjamin C. (1991), Automatic Control Systems, Prentice-Hall, ISBN 978-0-13-051046-4
  2. ^ Brown, Gordon S.; Campbell, Donald P. (1948), Principles of Servomechanisms, John Wiley & Sons
  3. ^ Leininger, Gary, Application of the MNA Design Method to a Non-Linear Turbofan Engine (PDF), retrieved 18 Mar 2011
  4. ^ Bennett, Stuart, A brief History of Automatic Control (PDF), p. 20, archived from the original (PDF) on 2011-10-07, retrieved 18 Mar 2011
  5. ^ Lundberg, Internal and external op-amp compensation: a control-centric tutorial, retrieved 18 Mar 2011
  6. ^ Dittmar, David (1–5 Mar 1971). Conference on Large Telescope Design, Proceedings of an ESO (European Southern Observatory)/CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) Conference. Geneva, Switzerland (published June 1971). p. 383.

외부 링크