Необходимо разработать прецизионную систему управления безколлекторным двигателем постоянного тока (БДПТ). Параметры БДПТ точно не известны, известно, что он имеет номинальное напряжение 24-27В, ток 1-3А и имеет 4 полюса. Также на двигателе имеется импульсный датчик частоты с числом меток 4800.
Что касаемо самой системы управления, то я реализовал на ATMega8 выход синусоидального ШИМ сигнала со сдвигом на 90 градусов.
Прошу помочь с разработкой силовой части системы управления. Я примерно накидал схему (см. рисунок). Интересует такой вопрос, как можно измерить ток в обмотке двигателя? Какая максимальная частота ШИМа может быть подана на эту схему (чтобы не было сквозного тока и чтобы транзисторы успевали полностью открываться и закрываться (по даташиту на транзисторы и драйвер не смог этого понять)). И можно ли напрямую с выхода контроллера подавать управляющий сигнал на вход драйвера?
P.S. Извиняюсь за глупые вопросы, просто дело в том, что я ещё не работал с силовой электроникой, а времени на изучение уже нет, нужно как можно быстрее разработать систему управления.
P.P.S. Проект реализуется за счет собственных средств, поэтому не хотелось бы использовать дефицитных и дорогостоящих деталей.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Посмотри Ap.Notes у Atmel. Там и про управление бесколлекторными есть, и плата для этого специально, кажись ATAVRMC100. Там уже все сделано и примеры есть и схемы. Там используется AT90PWM и это правильно. Не надо программно париться с генерацией ШИМ, у AVR и так ресурсов очень мало особенно для "прецизионного электропривода". И еще с датчиком 4800 импульсов на оборот.
И еще не понятно, частота вращения какая? Обычно у бесколлекторников несколько тысяч, например 3 и выше. AVR не успеет, особенно если "прецизионный электропривод", и опять не понятно что под этим понятием подразумевается.
Максимальная частота ШИМа определяется транзисторами, делать её большой не выгодно, увеличиваются потери при переключении транзисторов. Килогерц 20 делают с быстрыми транзисторами. А у двигателя то наверно 3 провода - 3 фазы, а полюсов может быть и 4. Так что надо наверно 3 синусоиды со сдвигом на 120.
Ток в обмотках меряют либо гальванически развязанным датчиком последовательно с обмоткой, либо по падению напряжения на резисторе в истоке нижнего полевика.
Если раньше не имел дел с силовой электроникой, о тебя ждут сюрпризы и с монтажом силовой части. 24В и 3А это не очень мало. Есть где накосячить.
PS. делать это с коммерческой целью нет смысла, выгоднее купить готовое. Посмотри документацию на какой-нибудь фирменный сервоусилитель, тогда поймёшь как далеко они ушли - не догонишь. Тем более с нуля.

Еще. 2 конденсатора по 2200 на твоей схеме вообще не в тему.

DC 12-24V 30A Three Phase Power
Hardware for Either PMSM or AC
Induction Machines. http://focus.ti.com/lit/an/bpra071/bpra071.pdf
Хотелось бы побольше узнать о прецизионности.

Аппнот обязательно посмотрю
Точно частота вращения неизвестна, но она явно меньше 3 тысяч, ориентировочно 300-1000 об/мин.
Если например использовать atmega128 (она в отличии от PWM у меня есть в наличии, хотя возможно придется все же заказать PWM) то на двух таймерах я реализовал ШИМ который из таблицы синуса выдает сигнал на выходы, т.е. сам ШИМ реализуется аппаратно, а выбор значения ШИМа производится программно по прерыванию таймера. Таким образом, используется два таймера для генерации ШИМ, один таймер для задания скорости вывода синуса (выбора значения синуса из таблицы и соответственно определяет скорость вращения двигателя). И ещё один таймер будет использоваться для подсчета числа меток с датчика (вход ICP, т.е. опять же аппаратно).
Нет у двигателя две обмотки (соответственно 4 провода) сдвинутые на 90 градусов, соответственно чтобы им управлять нужно на одну обмотку подавать синус, а на другую косинус (т.е. со сдвигом 90 градусов).
Т.е. здесь придется измерять ток в двух нижних транзисторах для одной обмотке и в двух для другой, и потом из этих двух токов высчитывать реальный.
Это создается не для коммерческого использования, а для изучения некоторых особенностей работы прецизионных электроприводов (в университете). А покупать нет смысла т.к. там не получится управлять по нужному алгоритму (там ведь у них свой алгоритм).
Подразумевается то, что двигатель должен вращаться со строго определенной скоростью и положение ротора задается довольно точно (сотые части градуса).
Сперва хотел избавиться от ещё двух транзисторов и драйвера заменив их виртуальной средней точкой, но все же придется отказаться от такой идеи и использовать полный мост.

1) Это не проблема
2) относительно чего?
3) чего будем крутить?
4) Сколько фаз у двигателя и есть ли датчики положения ротора?


Ваша задача давно и успешно решена в видеомагнитофонах в приводах БВГ и ВВ. Вызывает сомнение реализации САР с угловой погрешностью "секунды" на атмелке.





Упс, проглядел про фазность

П.С. Давайте датащит на моторчик

Уважаемый ДЕН!
1. Для начала определитесь с алгоритмом управления PMSM.
2. От atmega откажитесь сразу, иначе будете бится за каждый такт. Советую посмотреть 320F28xxx от TI.
3. Если не работали с силой, берите готовый инвертор (можно на микросхеме IRAMX какой нибудь, пусть он работает на 10%, зато он точно будет работать) иначе проблемм будет очень много.
4. Обратная связь по току LEM-овскими датчиками. Гальваническая связь между контроллером и силой крайне не желательна.

Несколько нелогично, имея 4800 имп/об (инкрементальный выход?), получить сотую долю градуса.
А что такое строго определённая скорость?

К сожалению, с этим помочь не могу, самому хотелось бы иметь даташит, но т.к. ни названия, ни каких конкретных параметров двигателя нет, то найти даташет не представляется возможным. Есть только сам двигатель, и известно, что на нем установлен датчик с 4800 меток, напряжение этого двигателя 24 или 27 вольт и ток 1 или 3А. К сожалению это вся известная мне информация. Если интересно, то через неделю могу выложить фото этого моторчика (счас не могу т.к. двигатель не у меня).
Для начала было бы хорошо просто его раскрутить.
Затем уже можно было бы перейти к тому, чтобы точно выставить скорость вращения.
А атымет был выбран только лишь потому, что с ними я уже работал, а времени на изучение других контроллеров практически нет.

Ну чтож удачи.

Стоит отметить, что в прецезионных электроприводах алгоритмы управления обычно сложные. Координатные преобразования всякие, математика кругом, компенсация того-сего...
Кстати, у меги нет аппаратного обработчика энкрементального энкодера.

p.s.
ИМХО прецезионные электроприводы это очень сложно. Если нет времени, то и браться не стоит.

Он, вероятно, понадобится. Как формирователь синусов (какая дискретность ШИМ получена?) И только.

Про моторчик хоть фотку дайте, чтобы оценить его серьезность.
Если он не у вас, попросите обладанта хотя бы подключить к обмотке светодиод и крутануть за вал - надо выяснить принципиально - синхронная или асинхронная это машина.
Так ли важен именно этот двигатель?


360 град/4800 = 0,075 град. При тыщще оборотов в мин. энкодер выработает 80000 имп/сек. Атмелка отдыхает.

Тута я б делал на логике ЧФД, ФНЧ на ОУ и выход в кл. АВ на видачной мс или тут недавно фигурировала ONsemi с внешними транзисторами и т.п.

TI брать не хочу, поскольку необходимо изучать все особенности и кроме этого необходимо искать программаторы и т.п. А времени на все это, к сожалению нет.
Есть вариант использовать с8051F410, он по быстрее меги будет и разбираться с ним практически не нужно. Что можете по поводу этого МК сказать?

На данный момент интересует именно реализация силовой части.
По поводу IRAMX и LEM спасибо, посмотрю.




Еесли грубо описать то датчик это с одной стороны светодиод, с другой стороны фотоприемник, а между ними оптический диск с метками. (Двигатель уже совсем не новый) Выход у него в виде треугольных импульсов. А по поводу точности это хотя бы для начала нужно получить такую точность, потом уже можно будет совершенствовать двигатель.
Т.е. если задали (например, с ПК) чтобы двигатель вращался со скоростью 347,5 об/мин то с этой скоростью он и должен вращаться, по поводу точности пока ничего не могу сказать.

Вы это Евгению не пишИте, а старайтесь чётко отвечать на заданные вопросы.

А то тема, боюсь, переедет в "Начинающие"

По поводу дискретности ШИМ я использовал 8и битный режим таймера, а таблица синуса пока только на 72 точки на оборот. В дальнейшем увеличу (вероятно, до 4800 точек)
Движок синхронный (по крайней мере, так мне говорили).

Я создаю макет для изучения прецизионного двигателя, т.е. нужно исследовать и практически подтвердить научные теории.


Я думаю из этого более понятно что из себя представляет датчик. Другими словами он не является абсолютным, а самый что не есть инкрементный.

Жесть!

В перцезионных приводах самая соль это система управления. Вы вообще что под прецезионностью подразумеваете???? Стабилизация скорости? Задача слежения? Позиционирования? Вообще ничего не понятно... Какая задача-то?
Очень странно, что сначала Вы делаете силу, а потом будете думать как прикрутить к ней СУ, ИМХО этот подход не правильный.
На вашем месте я бы для начала провел моделирование СУ в Matlabе, а потом бы брался за силу, выбирал контроллер и.т.п.

У синхронных машин есть такая особенность, они вращаются с частотой поля, которое, в свою очередь, возникает в результате тока, протекающего в фазных обмотках.
Следовательно, если двигатель вращается, можно с большой уверенностью полагать,
что частота его вращения известна, поскольку вы её сами и задаёте. Резонно спросить,
а для чего ДПР? Для позиционирования, о котором вы сказали, что оно д. б. с точностью ЭН долей
градуса. Нужно конкретнее указывать, что вам необходимо, тупокрутить или поддерживать траекторную задачу.

В том то и дело что у одних стабилизация скорости, а вот у других (на этом же двигателе и видимо придется работать с этой же силовой частью) следящий привод. Хоть позиционирования нет.
Поэтому и охота выбрать что-то такое универсальное на все случаи жизни, но, как известно такого в идеале не получить. Хотя я думаю, что силовая часть следящего привода и стабилизации скорости не так уж сильно отличаются, в отличие от позиционирования.


Но у синхронных машин есть угол сдвига между реальным положением ротора и углом вращения поля. В идеале нужно вращать поле "со сдвигом на этот угол", т.е. когда у нас нагрузка на двигатель больше то и этот угол увеличивается, соответственно нам нужно на этот же угол "сдвинуть" поле, т.е. чтобы знать под каким именно углом находится ротор в данный момент времени. ИДЧ чтобы знать на какой угол ротор сдвинут по отношению к углу поля.
Назначение чисто теоретическое.



Думаю, для начала посмотрю аппноты и прочую литературу, где есть примеры практической реализации, еще немного поднаберусь знаний в этой области и после вернусь к разработке.

Всем спасибо за советы.

Угол сдвига, о котором вы говорите, возникает в результате воздействия нагрузки, либо
запаздывания нарастания тока драйвера. Т. е. для конкретики нужно указывать тип двигателя
и условия его применения. Замечу, что частота вращения при этом не изменяется.
Посмотрите пдфину от ST, в первом приближении можно считать ваш двигатель шаговым, с большим,
чем у традиционных ШД полюсным делением. Если вы ставите своей задачей исследования чего-либо,
то следует воспользоваться готовыми и уже исследованными изделиями, а то нелогично получается.
Уверен, при скромном бюджете, такой подход будет оптимальным.

Да, кстати, может вообще для начала отказаться от микроконтроллера, а выбрать какую нибудь плату которая служит интерфейсом между Matlabом и железом (инвертором). Очень дорогие, но сильные по возможностям, платы от dSpace. Простенькие от humusoft (до 100кГц).

Вот теперь переходим от лекционых фраз "продвигатели" к аналогиям из живой природы.
Ваша система 1:1 синтезатор частоты. Вы подаёте некоторый управляющий сигнал на "генератор" (в вашем случае может быть любой двигатель), снимаете с него чёткую обратную связь по частоте (м.б. использована для стабилизации фазы в краткосрочном масштабе времени). Если нужно точно привязать точку на валу к конкретному месту - нужен еще датчик который даёт 1 имп. на оборот.
Сигнал ОС сравниваете с неким опорным и полученным сигналом рассогласования подруливаете. PID, короч.

Повторяю, задача такого привода - тупокрутить с разными rpm по сервометкам с точностью позиционирования 0,25* 50 микрон на диаметре 62 мм барабана давно реализована в самом простом видаке вхс, по которому вы мультики смотрели на жизненном пути до института.

Начните задавать вопросы с осознания своей Задачи. Вы не знаете точно, какой у вас двигатель, начнем с того.

Если синхронный, то "разбег" полей управляется током под нагрузкой, если асинхронный - частотой/током с учетом скольжения. Вы определитесь

Вы ж не балуйтесь! На 8-ми битах прецизионности не будет. Надо хотя бы 12, для начала. И частоту шима не менее 8 кГц. Имхо. Лучше 15-20 кГц.
Дальше. Если Вы все хозяйство сведете к управлению по току, типовектор очень может быть, что АТ90PWM3B справится, но, видимо, поскольку Вы только пускаетесь в неведомые дАли, нужен камень с хорошим запасом по вычислительным возможностям. К таким камням относится dspic30f2010. Альтернативы, если они питаются от 3.3 вольта (DSP56Fxxx), требуют тщательной разводки платы, даже рекомендуют 4-слойку. ARMы как не особо заточенные под задачу не могу советовать, но если драйвера транзюков будут правильные, могут и сойти. Мега8 не надо пытаться. Мега48/88 еще как-то, на 20 МГЦ, но стремно... впрочем, 11 бит выдавить с TCNT1 можно.

Щас Burner еще подойдёт

Короч, мой совет для "подтверждения научных тееорий" - возьмите действующий макет видеоманитофона "Электроника ВМ-12", там всё есть- и для теорий про верчение pmsm с экзотическим ДПР и для "банального " ДПТ.

Дык, сделайте ему лентяйку на меге8

Ден, нескромный вопрос - какая "специальность" в ВУЗе?

Ашо.
256 градаций скорости это полупрециз?
Изивиняюсь, 255.

Для самого начала задача стоит просто тупо раскрутить двигатель в режиме синхронного двигателя, ни о какой прецизионности на первом этапе речи не идет. После того как он начнет работать можно уже и задуматься о более высокоточном "кручении" двигателя. Дак вот на то чтобы просто тупораскрутить я взял мегу8, для уже более сложных алгоритмов я возьму что-то помощнее, как раз за это время и определюсь с выбором МК и посмотрю что из себе в действительности представляет этот двигатель. Счас мне лишь известно как он выгляди, то что он является синхронным и примерно известно его напряжение и ток. К сожалению это все что я знаю о нем, и чтобы узнать чтото более я и хочу его сперва просто запустить.
В качестве более мощного МК планирую взять либо AT90PWM либо C8051F410. Их ещё както можно у нас поискать в магазинах да и с ними мне более привычнее работать. Другие же МК и вовсе проблемно купить (можно только под заказ) + нужны программаторы и т.д. и т.п. Я думаю C8051F410 со своими 50 мГц и четырьмя 16 битными таймерами с ШИМ, 12 битным АЦП думаю должен справится с поставленной задачей.



В том то и все дело что нужно запустить именно этот двигатель и именно на МК.
А специальность была "Промышленная электроника" (у нас там больше по цифровой технике гоняли чем по силовой, да и работаю с цифровой, а именно с AVR + обвязка), поэтому про силовую электронику знаю пожалуй только в теории.

Вообщем идите в магазин и покупайте IRAMX - это 3-х фазный инвертор со встроенными драйверами и всеми мыслимыми защитами, то что он 3-х фазный неважно, будете использовать 2 плеча. Прикручивайте к нему звено постоянного тока и минимальную обвязку в виде 3-х бутстрепов. Это позволит тупокрутить и даже управлять.
Ден, послушайте людей! Выбирайте камень с запасом, лучше специализированный! А то граблями в лоб - ой как больно!
Чтож у вас там за научные теории которые можно на 8 битнике реализовать??? Там числа с запятой вообще не фигурируют.
ИМХО для "стоящих" научных теорий 32 бита надо и лучше с FPU.

А что это может быть за двигатель синронный с двумя обмотками? Не шаговый. Если бесколлекторный, то получается с магнитным ротором? И чем он лучше и "прецезионнее" тех которые везде используются - с тремя обмотками? И вообще, задача какая - крутить какой-то обьект с "прецезионной" точностью или раскрутить именно этот двигатель.
Я к чему клоню-то, судя по вопросам в этой теме, до "прецезионности" еще года 2-3 шагать. Электропривод и силовая электроника это не те темы куда можно забежать, быстренько все сделать и дальше побежать. А времени на освоение подходящих процессоров уже нет. Может купить готовое проще?

Ден, запустить-то можно и на меге, но ждать прецизионности не стоит, о чем тут и твердят.

Честно говоря, не понятно агрегатирование (заводское?) довольно мелкого энкодера с "двухфазным" двигателем. Обычно это вентиляторы "по прецезионности". Всё-таки сначала надо с моторчиком определиться, вдруг 4 конца наружу это три фазы и центр звезды.


простой пример - комповый вентилятор, именно двухфазен, проще трёхфазного на одну обмотку и управляется ДПР с одним ДХ.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

У атмела AVR441: Intelligent BLDC Fan Controller with
Temperature Sensor and Serial Interface
и AVR442: PC Fan Control using ATtiny13

Да... вентилятор очень прецезионная вещь. Наверно поэтому я про него даже и не вспомнил. В памяти всплывали только звезды и треугольники...

Как мне сказали это двигатель постоянного тока с двумя обмотками и магнитом на роторе (магнит в виде креста). Постораюсь в субботу (раньше наврятли получится) посмотреть на этот двигатель и сделать его фотографию. Тогда я думаю ситуация немного будет яснее.
Задача раскрутить именно этот двигатель с как можно большей точностью (опять же не совсем четко задали рамки этой точности )

maximiz
за аппнот спасибо, почитаем

Максим, прецизионность это как мода.
Для одних нанизм, другим хватает и 347,5 об/мин.
Насчёт энкодера очень злободневно, инкрементный энкодер
с 4800 (странная цифра) для прецизионности должен быть с точностью 1,5 гр.
Скорее всего можно говорить лишь о разрешающей способности.

Там 3хх надо

Силабсовский AN191, кажется, про все двигатели



Спасибо, Евгений. Глянул щас в Регламенте - все пять есть. Надо в вордах?

Максим, здравствуй, добрый вечер.
Под разговор можно и положить на фтп.
Путаницы в прецензиях к точности будет меньше.
Мне, пожалуйста, в гранёную посуду.

Вечер добрый, Евгений

От оно, все шесть партов

Забрал, внеочередное уточнение размера благодарности.