¿Cómo crear una resistencia controlable electrónicamente a un movimiento físico?

Un imán permanente generador de CC (o un generador con excitación de campo constante) puede modelarse como una fuente de voltaje proporcional a Velocidad (velocidad angular en el caso de un generador rotativo) en serie con cierta resistencia de bobina.

Dadoque amortiguamiento viscoso requiere una fuerza proporcional a la velocidad, simplemente cargando la salida del generador con una variable resistencia RL creará un factor de amortiguamiento variable proporcional a RL + RG (donde RG es la resistencia del devanado). Queremos que el torque sea -c \ $ v \ $ donde \ $ v \ $ es la velocidad de rotación del motor para simular la amortiguación viscosa, por lo que en este caso c = \ $ k (R_L + R_G) \ $, donde k es un Constante que depende de la construcción del generador.

Se puede crear una resistencia variable electrónicamente al cambiar o no las resistencias, o se puede hacer con una carga electrónica MOSFET o BJT que simula una resistencia. La máxima amortiguación con una carga pasiva está limitada por la resistencia interna del generador. Con una carga activa y una fuente de alimentación externa, debería ser posible simular una resistencia negativa externamente para reducir aún más la resistencia equivalente total.

Para el movimiento lineal, se podría usar un motor PM lineal, o un piñón y cremallera para convertir el movimiento lineal a rotacional.

Un segundo método, más útil si se garantiza el movimiento, sería utilizar coulomb friction (por ejemplo, como pinza y zapatas de freno arrastrando un rotor) y controlar la fuerza aplicada a las pastillas de freno mediante un motor de par u otro método (por ejemplo, cambiar la posición de un actuador cargado por resorte, por lo tanto, utilice ley de Hook para determinar la fuerza). Esto funciona porque fricción seca es proporcional a la fuerza normal aplicada, y el factor de proporcionalidad \ $ \ mu \ $ es Una función de los materiales involucrados.

Sin embargo, este método tendrá una restricción (comportamiento no lineal) antes de que comience el movimiento.

Creo que puedes encontrar la respuesta a tu pregunta a través de la búsqueda sobre el mecanismo mecánico y electrónico de Bicicleta estacionaria . mira esta figura:

¿Es necesario explicar el mecanismo mecánico de la misma?

Espero que te ayude.

Bombee un fluido a través de un circuito cerrado que incluye una válvula variable operada eléctricamente. Dependiendo de cuánto líquido haya en el depósito, cuánto tiempo debe correr, cuánto tiempo reposa antes de volver a usarlo y qué tan duro lo conducirás, es posible que también necesites un radiador en el sistema.

Editar: Busca puestos de entrenamiento para bicicletas en interiores. Usan ventiladores, generadores o bombas (CycleOps hace uno) para la resistencia, y las unidades de resistencia son bastante compactas. Algunos cuentan con un regulador de resistencia remoto (cable push-pull); Algunos solo dependen del equipo propio de la bicicleta para ajustarlo. Pero algo a lo largo de esa línea debería ayudarte a comenzar.

Lo que estás buscando es un mecanismo de amortiguación. El sistema mostrado anteriormente (la bicicleta estacionaria) es un amortiguador magnético ajustable. Esta patente explica su funcionamiento.

Si desea controlar el nivel de amortiguación de forma electrónica, es posible que desee ver los frenos de corrientes de Foucault, que producen el campo magnético a partir de un devanado, por lo que puede controlarse rápidamente sin partes móviles.

Por supuesto, puede conectar un motor de CC convencional al aparato y emular un amortiguador o un sistema de amortiguador de masa-masa electrónicamente, sin embargo, esto tiene limitaciones con respecto a los métodos anteriores (debido a la limitada tasa de actualización de la implementación del software cuando se trata de con señales de entrada de alta frecuencia, y la dificultad de estimar la velocidad a bajas velocidades).

Bueno, en la mayoría de los servomotores y motores, el par depende de la corriente de alimentación.

Sin embargo, probablemente no sea la mejor práctica y no creo que en realidad haya actuadores específicos que permitan un control preciso de la fuerza.

Puedes usar un sistema de control para hacer esto por ti.

En esencia, tiene un motor con retroalimentación para la fuerza que está tratando de proporcionar. Por ejemplo, puede conectar un motor a un juego de bielas de bicicleta y colocar un medidor de tensión en los brazos de la biela. Esto le permitiría usar el motor para girar el juego de bielas a una velocidad más rápida o más lenta que la que el ciclista está tratando de mantener para producir la tensión, o replicar la fuerza, ya sea de la resistencia al viento, una colina o la rueda libre. .

Otra opción es cambiar el medidor de tensión por un codificador rotatorio, luego modelar el sistema físico en el mundo digital. Puedes modelar muelles, o masa, o cualquier otra cosa que puedas imaginar en términos de a dónde mueven las manivelas y cómo respondería realmente el mundo físico. Por lo tanto, es posible que tenga una gran masa que está modelando, como si realmente estuvieran montando una bicicleta y pesaran 180 lb, por lo que cuando no mueven la manivela, el motor no ejerce ninguna fuerza sobre la manivela. Pero a medida que intentan mover la manivela, el codificador rotatorio detecta algunos pulsos en una dirección dada, y el motor retrocederá con una fuerza casi equivalente, ya que modela el impulso del ciclista. A medida que el modelo digital del sistema gana impulso, el motor reducirá el retroceso y, finalmente, tomará muy poca energía real para mantener una velocidad determinada. Luego puede modelar colinas hacia arriba y hacia abajo, resistencia al viento, etc. en el modelo digital, y hacer que el motor presente esas fuerzas en el juego de bielas.