Control electrónico de velocidad

Question

Soy un programador que nunca ha trabajado con la electrónica antes. Yo soy el aprendizaje de los conceptos y la esperanza de construir un quadcopter, con el software de control escrito enteramente por mí. De control del Motor parece ser la parte más importante.

Es cierto que el típico DC sin escobillas del motor y ESC (Electronic Speed Control) puede sólo aproximadamente el control de la velocidad? Eso es porque la ESC parece tener sólo una idea aproximada de cómo de rápido que el motor está girando. Esto todavía funciona para un PID (Proporcional Integral Derivativo) controlador porque se indirectos retroalimentación de decir un giroscopio si el motor va lo suficientemente rápido y por lo que puede decir la ESC para hacer girar "aún más rápido" o "más lentos", y eso es suficiente.

Es mi entendimiento en el párrafo anterior, ¿correcto?

Si es así, me pregunto si un servo motor que pueden informar acerca de su actual tasa de rotación podría ayudar a acabar con la ESC en su totalidad? Creo que si, el microcontrolador puede recibir una entrada acerca de las velocidades del motor y envía una salida solicitando una cierta velocidad, no es necesaria la ESC. Pero no estoy seguro de cómo los servomotores de trabajo -- ¿qué sucede inmediatamente después de la solicitud de 100 rpm cuando dicen que fueron a 80rpm?

Ya que no se puede ajustar el inmediatamente, en caso de que el microcontrolador se ajustan inmediatamente otros motores para explicar el hecho de que no todos los motores están a 100 rpm? Eso no implica que el microcontrolador sólo se debe solicitar muy pequeños deltas de los que actualmente se mide la velocidad, de modo que el período de la desviación desde el estado deseado es insignificante?

En el último modelo, de solicitar sólo muy pequeños deltas de la actualidad mide la velocidad, el algoritmo parece que no serían realmente PID ya que no hay manera de controlar la aceleración? Pero se puede solicitar el servo para ir de 80rpm a 100 rpm causas para llegar a 81rpm mucho más rápido que lo solicite para ir de 80rpm a 81rpm?

Siento que sé tan poco que no puedo poner mi dedo en él de forma más precisa, pero espero que esto te da una idea de los conceptos que estoy luchando para absorber.

Para resumir, las preguntas son:

• puede un servo (dc sin escobillas del motor de permitir acabar con ESC?
• hace un servo motor aceptar el control de los insumos, tales como "gira a 100 rpm"?
• hace un servo motor de ofrecer una salida diciendo: "yo estoy a 80rpm ahora"?
• hace un servo motor en 80rpm ir a 81rpm más rápido si se le solicita que gira a 100 rpm frente a 81rpm?
• el menos preciso de las preguntas implícitas en el texto anterior.

Answer 1

En primer lugar, hay varios errores en la definición de sus supuestos:

1. No, no hay manera de acabar con un ESC totalmente, ya que la mayoría de lo que el ESC está haciendo es tomando la pequeña señal del receptor, y la conversión de que en una mucho más grande de señal capaz de realmente encendido de las bobinas del motor. La mayoría de los motores requieren de mucho más poder que el micro controlador puede suministrar.
2. Incluso los motores de cepillado realmente requieren el Ces. Un ESC es, en su forma más básica, un tipo especializado de amplificador (sin escobillas modelos requieren de mayor complejidad local). Tal vez echar un vistazo a la página de la wikipedia en el Ces para más claridad.
3. Sin escobillas Ces realmente conocer la posición del rotor y la velocidad de un alto grado de precisión. El problema es que con los típicos "hobby" al nivel de la Ces, no hay manera de acceder a esta información. Howerver, correctamente conmutan un motor sin escobillas, el controlador ha de saber "donde" en la rotación del motor del rotor, de modo que se puede determinar que la bobina para energizar.
4. Cuando usted dice "Servo Motor", ¿ exactamente a qué te refieres? Qué quiere decir el pequeño encapsulado "RC" servos? Esas no son servo motores, pero en realidad poco de auto-contenida servo sistemas. Ver la definición de wikipedia de un servo-motor para más claridad.

Así que, en resumen:

• can a servo (brushless dc) motor allow doing away with ESC?
  En primer lugar, no hay tal cosa como un "brushless DC motor. Los motores son fundamentalmente los dispositivos del CA. "DC" motores realmente convertir la corriente continua a corriente ALTERNA internamente, a través de los pinceles. Un motor sin escobillas simplemente reemplaza la interna cepillos de estado sólido de la electrónica.
• does a servo motor accept control inputs such as "revolve at 100rpm"?
  No. Un servo sistema puede aceptar tales entradas de control, pero lo haría con un motor, un ESC/motor-controlador de algún tipo, un mecanismo para la lectura de la velocidad del motor en la espalda y un microcontrolador/circuito de control de la entrada al conductor del motor en respuesta a la lectura del tacómetro/velocidad de medición de la interfaz.
• does a servo motor offer an output saying "i am at 80rpm now"?
  De nuevo, no, pero un servo sistema podría ofrecer este tipo de interfaz.
• does a servo motor at 80rpm go to 81rpm faster if it is requested to revolve at 100rpm versus at 81rpm?
  Esto es algo que depende de que el servo en la configuración del sistema, pero la mayoría del tiempo, probablemente. Un adecuado sistema de lazo cerrado tiene en cuenta el tiempo que se necesita para detener el cambio de la velocidad, que es en el momento de la 80-81 rpm de velocidad, y no en el momento de la 80-100 rpm cambio de velocidad.
  Piense en ello como un movimiento físico. Si ejecuta 10 pies y parada, se necesitaría más tiempo luego de 10 pies y continua a plena velocidad de carrera? Sí, porque tienes que empezar a parar antes de llegar al destino, como infinito de aceleración y desaceleración son físicamente imposible.
• the less precise questions implicit in the text above.
  Por favor aclarar

Siendo realistas, hay numerosos factores limitantes en la precisión de un sistema de control (como un PID de control basado en bucle). Incluso si usted tiene información directa de la velocidad de rotación de un motor, la capacidad del lazo de control para corregir errores en la velocidad está limitada por el par disponible, la inercia del rotor, el ancho de banda de la electrónica de control, y la precisión de la medición de la interfaz.

Leer más: http://en.wikipedia.org/wiki/Servomechanism

Answer 2

Es cierto que el típico DC sin escobillas del motor y ESC (Electronic Speed Control) puede sólo aproximadamente el control de la velocidad?

No. DC sin escobillas (BLDC) los motores son un tipo de motor sincrónico (más específicamente, son motores síncronos de imán permanente (PMSM)) y los motores síncronos requieren que el campo magnético del estator y el campo magnético del rotor para estar "en sintonía." Prácticamente lo que esto significa es que la corriente que fluye a través de las bobinas va a depender de cuál es la posición de giro del rotor. La siguiente imagen muestra las formas de onda de corriente para las fases a, B y C, para un motor BLDC. Te darás cuenta de que sólo el 2 fases en cualquier momento determinado. Cuando cualquier fase en particular se enciende o se apaga es provocada por la posición del rotor. La mejor detección de la posición del rotor tiene, el mejor de su motor (más eficiente, más de par motor, etc.).

En hobby motores, es bastante común el uso de sensores de posición del rotor de la detección. Esto generalmente funciona por buscar en la fase que no está en y el uso de la forma de onda en la que la fase para determinar la posición del rotor. Otros motores con sensores de efecto Hall o codificadores en ellos que determinan la posición del rotor. Sensores de detección de posición es a menudo lo suficientemente bueno cuando todo lo que estamos tratando de hacer es que el control de velocidad. Si usted necesita tener el control de la posición (a menudo llamado "servo"), entonces usted necesita para buscar en el uso de un codificador.

Si es así, me pregunto si un servo motor que pueden informar acerca de su actual tasa de rotación podría ayudar a acabar con la ESC en su totalidad?

Tenga en cuenta que la función más básica de un ESC o sin escobillas de control es proporcionar corriente a las bobinas en la secuencia correcta en el momento adecuado. En otras palabras, la función más básica es conmutan el motor. Este es el mínimo que se requiere para un motor BLDC para funcionar correctamente. Así que no, no se puede acabar con un ESC por completo.

... lo que ocurre inmediatamente después de la solicitud de 100 rpm cuando dicen que fueron a 80rpm?

Depende. Una muy simple en bucle abierto del sistema podría ser calibrados de manera que los 12 V = X RPM, 6 V = X/2, RPM, etc. En este caso, al mando de 100 RPM es equivalente al incremento de la tensión a algunos de tensión Y que ya es conocido por dar el 100 RPM. Un sistema de lazo cerrado puede utilizar la posición del rotor para mirar el cambio en la posición del rotor a través del tiempo para determinar la velocidad y, a continuación, ajustar el voltaje hasta que la nueva velocidad es de 100 RPM. De cualquier manera, la tensión se tiene que aumentar.

hace un servo motor en 80rpm ir a 81rpm más rápido si se le solicita que gira a 100 rpm frente a 81rpm?

Esto es imposible decir a menos que usted tenga un control específico en mente. Para una carga dada, lo que determina la rapidez con la que el eje se acelera es el momento de torsión. El par más su motor puede ofrecer, más rápido se va a acelerar. En los motores BLDC, el par es proporcional a la corriente. Así, suponiendo la misma carga y suponiendo que proporcionan la misma cantidad de corriente, se debe llegar a 81 RPM en el mismo tiempo.

hace un servo motor aceptar el control de los insumos, tales como "gira a 100 rpm"?

Como he mencionado anteriormente, "el motor servo" a menudo se refiere a motor y/o controles que se utilizan para el control de posición. El comando "gira a 100 RPM" sería más probable que sea visto en un motor/sistema de control que se utiliza para el control de velocidad. Muchos servo motor y los sistemas de control puede hacer que el control de velocidad pero no todos están configurados para hacerlo.

Voy a decir una última cosa acerca de la terminología, porque de algo Connor Wolf. No hay ningún estándar de la industria para la terminología para los motores sin escobillas. Yo he visto no menos de los siguientes acrónimos y términos para motores sin escobillas: BLDC (brushless DC), NEGRO (de corriente ALTERNA sin escobillas), PMSM (motor síncrono de imán permanente o de imán permanente motor servo), BPM (imán permanente sin escobillas), SMPMSM de montaje en superficie (motor síncrono de imán permanente), IPM (interior motor de imán permanente), etc. BLDC, BLAC, y PMSM son los más comunes, en mi experiencia.

BLDC con mayor frecuencia se refiere a los motores que están diseñados para tener un trapezoidal de back-emf, y está diseñado para funcionar con un 6-el paso (trapezoidal) control (este es el tipo de control mencionado en mi respuesta anterior). BLAC más a menudo se refiere a los motores que están diseñados para tener una sinusoidal de back-emf y pensado para correr con una sinusoidal de control (es decir, el control proporciona sinusoidal de la corriente del motor en lugar de las formas de onda en la imagen de arriba). "Servo" los motores son a menudo BLAC motores. En mi opinión, hay poca diferencia entre un BLDC y BLAC motor y deben ser considerados el mismo tipo de motor. Los motores con trapezoidal de back-emf se puede ejecutar con sinusoidal controles y viceversa. Todo depende de lo que usted está tratando de hacer con ellos. Mi terminología preferida para cubrir estos dos tipos de motores PMSM (motor síncrono de imán permanente). Pero, de nuevo, no hay ningún estándar de la industria de aquí así que mi preferencia es sólo eso, una preferencia.