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Thema: Frage: µC Motorsteuerung mit EMK-Bremse und Back-EMF Regelun

  1. #1
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    Frage: µC Motorsteuerung mit EMK-Bremse und Back-EMF Regelun

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    Hallo,

    für meine Slotcars möchte ich eine µC Motorsteuerung (Hand-Regler) bauen. Dafür brauche ich einen Motortreiber, der:
    1. das PWM Signal auf den Motor gibt, dabei mgl verlustfrei bei Vollgas durchsteuert. Die Motoren (FK130) ziehen bis zu 5A bei 12V.
    2. zum Bremsen den Motor kurzschließt (EMK), auch PWM gesteuert
    3. in der PWM Ausphase kurz die Generatorspannung (Back-EMF) auf einen AD-Input gibt, so dass ich die Drehzahl messen / regeln kann.

    Bei ELV habe ich eine analoge Schaltung dazu gefunden, aus der ich den MOSFET Teil aufgebaut habe und bis jetzt den Motor PWM steuern kann. Allerdings ist der Motor an, wenn der µC (ATmega16 bootet /resttet.
    Frage 1: kann man das durch Austausch des T1 umkehren?

    Frage 2: kann ich die EMK-Bremse durch einen einfachen Transitor realisieren (s.u.:rot)? (zB BD 135 / BD 136?) Am besten so, dass nicht beide Pfade bleichzeitig offen sind (Kurzschluss durch Softwarefehler!)?

    Frage 3: kann man in der PWM Pause die Back-EMF einfach an den µC legen (spannungsgeteilt natürlich, s.u.: grün), ober muss man das puffern (RC-Glied)?

    Leider finde ich zum Thema Motorsteuerung mit MOSFET hier zwar viel, aber alles für mich nicht einfach nachzuvollziehen...

    Kann mir jemand die richtigen Hinweise geben?
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken pwm_emk_plan3.gif  

  2. #2
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    Die Bremse sollte so wie gezeigt gehen. Alldings wird der Transistor wohl etwas größer sein müssen als ein BD135, denn da kann auch praktisch der volle Motorstrom fleißen können. Vermutlich wird dann ein einfcaher transistor nicht mehr reichen.
    Auf den ersten Blick wäre eine Freilaufdiode fürs Bremsisn nötig, die ist aber schon im MOSFET mit drin.
    Ein Verriegelung von MOSFET und Transistor wäre sicher Sinnvoll. Wie man das genau macht hängt von der Schaltung um den extra Transistor ab. Möglich wäre z.B. ein Transistor der zussammen mit T1 angesteuert wird, und damit den Bremstransistor ausschaltet.

    Die Messung der Spannung könnte man wohl auch so machen wie eingezeichnet. Eine extra Filterung wird kaum helfen, denn man muß die Spannung ja relativ schnell messen. Wohl nach einer definierten Verzögerung (im Bereoch ms ?) nach dem Ausschalten. Die Syncronisation muß die Software machen. Hier wird man wohl auch nicht jedesmal ein brauchbares Ergebnis kriegen, denn die Back EMF ist nicht konstant und man hat ja nur begrenzt Zeit in der PWM Pause.

    Je nachdem wieviele Störungen man kreigt, sollte man eventuell noch einen zusätzlichen Überspannungsschutz für den AD Eingang vorsehen. Da sollte ein zusätzlicher serienWiderstand und 2 Dioden zu Versorgungsspannung reichen. Der Spannungsteiler sollte für den AD des Atmel AVR ein R3 von etwa 10 KOhm haben. R 2 wäre dann mit etwa 20 K-30 K richtig.

  3. #3
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    Also ich glaube nicht, dass das mit der Bremse so funktioniert: Zum Bremsen muß die Motorleistung irgendwo in Wärme (oder andere Energie) umgewandelt werden. Ein voll durchgeschalteter Transistor hat (fast) keine Verlustleistung. D.h. er kann die Motorenergie nicht aufnehmen. Außerdem würde der Strom rückwärts durch den Transistor fliessen, wegen der Motor-Induktivität. (Die Spannung wird dabei durch die Freilaufdiode begrenzt.)

    Wenn man die Freilaufdiode weglässt, würde sich eine hohe negative Spannung am Motor aufbauen (die evtl. den FET zerstört), die zusammen mit dem Induzierten Strom den Motor schnell bremst. Dadurch würde aber auch bei PWM-Ansteuerung der Motor in den Aus-Phasen gebremst werden. Also sollte man vielleicht überlegen, die Freilaufdiode wegzuschalten bzw. eine Diode mit höherer Durchflusspannung dazuzuschalten.
    Schöne Grüsse... Beppo

  4. #4
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    Hallo
    Die Bremse kann so schon funktionieren.
    Es ist natülich keine Feststellbremse.
    N Kanal Fet ist günstiger und es gibt mehr Auswahl.
    T2 und T3 würde ich tauschen.
    Die Spannung für den ADC sollte aber noch gefiltert werden.

    Mit freundlichen Grüßen
    Benno
    Wo man nicht mit Vernunft handelt, da ist auch Eifer nichts nütze; und wer hastig läuft, der tritt fehl.
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von Hubert.G
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    Wenn man T2 und T3 tauscht, dann braucht T3 einen Basisvorwiderstand. Macht aber nur Sinn wenn man einen N-Fet einsetzt und das ganze umdreht, also Motor gegen +.
    Dann ist allerdings der ADC nicht mehr so leicht möglich. In der Originalschaltung ist die Filterung mit der Ansteuerung gekoppelt.
    Die Störungen beim µC Reset sollten mit einen PullDown vor dem R21 weg sein.

    @beppo
    Die Wärme der Bremsleistung wird im Motor umgesetzt. Die größte Bremsleistung hat man bei einem Kurzschluss.
    Grüsse Hubert
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  6. #6
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    T2 und T3 sind schon richtig so. Die sollen nur mehr Strom liefern, der Spannungshub reicht aus.
    Eine eventuelle Filterung für das AD Signal sollte ncht zu langsam sein, viel mehr als einen anti-aliasing Filter (Tiefpass, ca. 10-30 kHz) wohl nicht.
    Das hängt aber auch vom Program ab.

  7. #7
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    Hallo und vielen Dank soweit !
    Gut, wenn ich auf dem richtigen Weg bin. Wie gesagt, der PWM Teil funktioniert bereits.
    Ich sehe mich leider nicht in der Lage, die geeigneten Bauteile für die EMK-Bremse - hier die Transistoren und Vorwiderstände - selbst zu bestimmen und richtig zu dimensionieren. Ich hätte hier einen Power-Transistor SC3746 (oder den PNP-Typ SA1469; 5A/60V) und einen BC517 zur Verfügung. Würde das wie oben gezeichnet funktionieren?
    Gruß Dirk

  8. #8
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    der SC3746 könnte gehen. Zur Ansteurung wird man aber wohl besser einen 2 ten Transistor brauchen, für eine Darlingtonschaltung oder ähnliches. Der 2 te könnte ein BC548 oder so sein, halt was für 100 mA. Direkt vom AVR aus wäre es etwas knapp, könnte aber für erste Tests reichen.

  9. #9
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    Ich denke nicht das die Bremse sehr effektiv sein wird. Es bleibt am Motor immer BE-Spannung des 2SC3746 stehen. Das sind 0,7V und das Vce des BC517, das ist 1V.
    Der Kollektor des BC517 gehört an die +5V des µC und ein Widerstand zur Basisstrombegrenzung des 2SC3746 gehört auch noch dazu.
    Grüsse Hubert
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  10. #10
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Danke für die Tipps: damit und mit ein wenig Ausprobieren scheine ich eine funktionierende Bestückung gefunden zu haben (siehe neuen Upload): Transistoren BD135, 2SC3746 mit Vorwiderständen 1k bzw 48Ohm und T4 an 5V. (Allerdings hatte ich im Testaufbau die Freilaufdiode nicht mit drin)
    Die Effizienz der Bremse schein auszureichen - die volle Bremsleistung ist wahrscheinlich gar nicht nötig, bzw für Vollbremsung ist eh noch ein Relais vorgesehen, dass in Ruhe auch noch die Bahn von der Schaltung trennt - man will ja keine Überraschungen.
    Sobald ich gelötet habe, werde ich mal Beschleunigungs und Bremskurven vom mechanischen Drücker und der Schaltung mit meinem Motorteststand aufnehmen und zum Vergleich posten.
    Gruß, Dirk

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