माइनर लूप फीडबैक

माइनर लूप फीडबैक, मौलिक नियंत्रण सिद्धांत पद्धति है, जिसका उपयोग समग्र फीडबैक लूप के अन्दर उप-प्रणालियों के चारों ओर फीडबैक लूप का उपयोग करके स्थिर कठोर रैखिक प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली को डिजाइन करने के लिए किया जाता है। इस विधि को कभी-कभी कॉलेज की पाठ्यपुस्तकों में कुछ सरकारी दस्तावेजों में सामान्य लूप सिंथेसिस कहा जाता है।

विधि ग्राफिकल विधियों द्वारा डिजाइन के लिए उपयुक्त है और डिजिटल कंप्यूटर उपलब्ध होने से पहले इसका उपयोग किया गया था। द्वितीय विश्व युद्ध में इस पद्धति का उपयोग बंदूक लेइंग नियंत्रण प्रणाली को डिजाइन करने के लिए किया गया था। यह अब भी प्रयोग किया जाता है, लेकिन सदैव नाम से संदर्भित नहीं किया जाता है। यह अधिकांशतः बोड प्लॉट विधियों के संदर्भ में चर्चा की जाती है। माइनर लूप फीडबैक का उपयोग ऑपएम्प को स्थिर करने के लिए किया जा सकता है।

उदाहरण

टेलीस्कोप स्थिति सर्वो

कोणीय स्थिति सर्वो और संकेत प्रवाह ग्राफ। θ_C = वांछित कोण कमांड, θ_L = वास्तविक भार कोण, K_P = स्थिति लूप लाभ, V_ωC = वेग कमांड, V_ωM = मोटर वेग सेंस वोल्टेज, K_V = वेग लूप लाभ, V_IC = धारा कमांड, V_IM = धारा सेंस वोल्टेज, K_C = धारा लूप लाभ, V_A = धारा एम्पलीफायर आउटपुट वोल्टेज, L_M = मोटर इंडक्शन, I_M = मोटर धारा, R_M = मोटर प्रतिरोध, R_S = धारा सेंस प्रतिरोध, K_M = मोटर टॉर्क स्थिरांक (Nm/amp), T = टॉर्क, M = सभी घूमने वाले घटकों की जड़ता का क्षण α = कोणीय त्वरण, ω = कोणीय वेग, β = यांत्रिक अवमंदन, G_M = मोटर बैक ईएमएफ स्थिर, G_T = टैकोमीटर रूपांतरण लाभ स्थिरांक। एक फॉरवर्ड पाथ है (अलग रंग में दिखाया गया है) और छह फीडबैक लूप हैं। ड्राइव शाफ्ट को वसंत के रूप में उपचार न करने के लिए पर्याप्त कठोर माना जाता है। स्थिरांक काले रंग में और चर बैंगनी रंग में दिखाए जाते हैं। बिंदीदार रेखाओं के साथ साभिप्राय प्रतिक्रिया दिखाई जाती है।

यह उदाहरण मैकडॉनल्ड्स वेधशाला में हारलन जे. स्मिथ टेलीस्कोप के लिए नियंत्रण प्रणाली से थोड़ा सरल (मोटर और भार के बीच कोई गियर नहीं) है। चित्र में तीन फीडबैक लूप धारा नियंत्रण लूप, वेग नियंत्रण लूप और स्थिति नियंत्रण लूप हैं। अंतिम लूप मुख्य लूप है। अन्य दो छोटे लूप हैं। माइनर लूप फीडबैक के बिना केवल फॉरवर्ड पाथ पर विचार करते हुए फॉरवर्ड पाथ में तीन अपरिहार्य फेज शिफ्टिंग चरण हैं। मोटर इंडक्शन और वाइंडिंग प्रतिरोध 200 हर्ट्ज के आसपास बैंडविड्थ के साथ लो पास फिल्टर बनाते हैं। वेग के लिए त्वरण इंटीग्रेटर है और वेग से अवस्था इंटीग्रेटर है। समें 180 से 270 डिग्री की कुल फेज शिफ्ट होगी। बस स्थिति प्रतिक्रिया को जोड़ने से लगभग सदैव अस्थिर व्यवहार होता है।

धारा नियंत्रण लूप

अंतरतम लूप टॉर्क मोटर में धारा को नियंत्रित करता है। इस प्रकार की मोटर टॉर्क बनाती है, जो रोटर धारा के लगभग समानुपाती होता है, तथापि उसे पीछे की ओर मुड़ने के लिए विवश किया जाए। कम्यूटेटर (विद्युत) की क्रिया के कारण, ऐसे उदाहरण हैं जब दो रोटर वाइंडिंग एक साथ सक्रिय होते हैं। यदि मोटर को वोल्टेज नियंत्रित वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित किया जाता है, तो टॉर्क के रूप में धारा लगभग दोगुना होगी। छोटे सेंसिंग रेज़िस्टर (R_S) के साथ धारा को सेंस करके और उस वोल्टेज को वापस ड्राइव एम्पलीफायर के इन्वर्टिंग इनपुट में फीड करके, एम्पलीफायर वोल्टेज नियंत्रित धारा स्रोत बन जाता है। निरंतर धारा के साथ, जब दो वाइंडिंग सक्रिय होती हैं, तो वे धारा को साझा करती हैं और टॉर्क की भिन्नता 10% के क्रम में होती है।

वेग नियंत्रण लूप

अगला अंतरतम लूप मोटर की वेग को नियंत्रित करता है। टैकोमीटर (छोटा स्थायी चुंबक डीसी जनरेटर) से वोल्टेज संकेत मोटर के कोणीय वेग के समानुपाती होता है। यह संकेत वेग नियंत्रण एम्पलीफायर (K_V) के इन्वर्टिंग इनपुट को वापस फीड किया जाता है। वेग नियंत्रण प्रणाली, प्रणाली को 'कठोर' बनाती है, जब हवा, दूसरी धुरी के बारे में गति और मोटर से टॉर्क लहर जैसे टॉर्क विविधताओं के साथ प्रस्तुत किया जाता है।

स्थिति नियंत्रण लूप

सबसे बाहरी लूप, मुख्य लूप, लोड स्थिति को नियंत्रित करता है। इस उदाहरण में, वास्तविक लोड स्थिति की स्थिति प्रतिक्रिया रोटरी एन्कोडर द्वारा प्रस्तुत की जाती है, जो बाइनरी आउटपुट कोड उत्पन्न करती है। वास्तविक स्थिति की तुलना डिजिटल सबट्रेक्टर द्वारा वांछित स्थिति से की जाती है, जो स्थिति नियंत्रण एम्पलीफायर (K_P) को चलाने वाले डीएसी (डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर) को चलाता है। स्थिति नियंत्रण सर्वो को मोटर और टेलीस्कोप के बीच गियर (दिखाया नहीं गया) के कारण शिथिलता और सामान्य स्थिति तरंग के लिए क्षतिपूर्ति करने की अनुमति देता है।

संश्लेषण

सामान्य डिजाइन प्रक्रिया अंतरतम उपप्रणाली (दूरबीन उदाहरण में धारा नियंत्रण लूप) को स्थानीय प्रतिक्रिया का उपयोग करके रैखिक बनाने और लाभ को समतल करने के लिए डिजाइन करना है। स्थिरता सामान्यतः बोड प्लॉट विधियों द्वारा सुनिश्चित की जाती है। सामान्यतः, बैंडविड्थ को जितना संभव हो उतना चौड़ा बनाया जाता है। फिर अगला लूप (टेलीस्कोप उदाहरण में वेग लूप) डिज़ाइन किया गया है। इस उप-प्रणाली की बैंडविड्थ संलग्न प्रणाली की बैंडविड्थ की तुलना में 3 से 5 कम का कारक होना तय है। यह प्रक्रिया संलग्न प्रणाली की बैंडविड्थ की तुलना में कम बैंडविड्थ वाले प्रत्येक लूप के साथ प्रचलित रहती है। जब तक प्रत्येक लूप की बैंडविड्थ 3 से 5 के कारक द्वारा संलग्न उप-प्रणाली की बैंडविड्थ से कम है, तब तक संलग्न प्रणाली के चरण शिफ्ट को उपेक्षित किया जा सकता है, अर्थात् उप-प्रणाली को सरल फ्लैट लाभ के रूप में माना जा सकता है। चूँकि प्रत्येक उप-प्रणाली की बैंडविड्थ उस प्रणाली की बैंडविड्थ से कम होती है, जो इसे घेरती है, इसलिए यह वांछनीय है कि प्रत्येक उप-प्रणाली की बैंडविड्थ को जितना संभव हो उतना बड़ा बनाया जाए जिससे सबसे बाहरी लूप में पर्याप्त बैंडविड्थ हो। प्रणाली को अधिकांशतः संकेत प्रवाह ग्राफ के रूप में व्यक्त किया जाता है और इसके समग्र स्थानांतरण फलन की गणना मेसन के गेन सूत्र से की जा सकती है।

बाहरी संबंध

• Li, Yunfeng and Roberto Horowitz. "Mechatronics of Electrostatic Microactuators for Computer Disk Drive Dual-Stage Servo Systems." IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 6 No. 2. June 2001.
• Dawson, Joel L. "Feedback Systems." MIT.
• Large Telescope Conference 1971, contains full text of Dittmar's presentation.