Motorleistung beim Beschleunigen / Abbremsen

[ShockWaveRider]

Hallo allerseits,

ich bin gerade dabei einen balancierenden 2-Rad-Roboter zu entwickeln, und Suche für diesen nun zwei Motoren, die für ein ausreichendes Drehmoment sorgen und genügend Leistung bieten.

Der Roboter soll hierbei eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 0,5 m/s haben und diese in ca. 2s erreichen -> 0,25 m/s^2.
Innerhalb von ca. 1,2s soll er von 0,5 m/s auf 0 abbremsen können.

Ich bin nun euerm Tutorial auf Seite http://www.rn-wissen.de/index.php/Motorkraft_berechnen gefolgt, um die erforderliche Motorleistung auszurechnen, bin mir aber nicht sicher, ob ich richtig gerechnet hab.

Ich habe für die versch. Szenarien (Beschl., Fahrt mit Höchstgeschw., Abbremsen), die jeweils wirkenden Kräfte ausfindig gemacht, und die versch. Pmins nach folgender Formel berechnet:

Pmin(pro Motor) = (F * vmax / Eff%) / 2

Die größte benötigte Motorleistung ergab sich hiernach im Abbrems-Szenario mit ca. 50 mW. Meine Motoren müssten also für diese Leistung ausgelegt sein, oder sehe ich das falsch?

Kann ich diese Formel überhaupt für Beschl./Abbremsung verwenden, oder gilt sie nur, wenn ich die Motorleistung berechnen möchte, um eine best. Geschwindigkeit halten zu können, z.B. 0,5 m/s?

Auf einer anderen Seite wurde dagegen die Motorleistung im Beschl.-Szenario folgendermaßen berechnet:

Pmin * t = W = 1/2 * m * v^2 (Beschleunigungsarbeit)
=> Pmin = W / t

Wenn ich mit dieser Formel rechne bekomme ich aber leider andere Werte raus, als mit der obigen RoboterNETZ-Formel.

Ich hoffe ihr könnt mir bei diesem Problem weiterhelfen. Ich bedanke mich schon einmal im Voraus.

[Besserwessi]

Die Berechnung über die Energie ist mit vorsicht zu betrachen, denn die Motorleistung ist von der Drehzahl abhängig. Deshalb wird man über die Formel oben (über die Energie) eine zu kleine nötige Leistung bekommen.

Der Wiki Artikel ist auch alles andere als eine exakte Berechnung. Die Berechnung über die Karft paßt besser zu den normalen Motoren. Die haben relativ unabhäng von der Drehzahl ein maximales Drehmonet.
Je nach Getreibe muß man bei schnellen Änderungen auch die Trägkeit des Motors selber mit berücksichtigen.

Für einen balacierenden Bot sind 0,25 m/s² ziehmlich wenig Beschleunigung. Auch wenn man nicht unbedingt schneller Fahren will, sollte man für die ballance etwas mehr Reserve haben. Bis etwa 1-2 m/s² sollte man noch nicht mit durchderehenden Rädern rechnen müssen.

[oberallgeier]

Hi,

willkommen im Forum. Hoffe nur, dass Dein Balancierer nicht auf Stoßwellen reiten muss - soooo schnell wirds hoffentlich nicht.

... bin gerade dabei einen balancierenden 2-Rad-Roboter zu entwickeln... Höchstgeschwindigkeit von etwa 0,5 m/s ... in ca. 2s erreichen -> 0,25 m/s^2. ... Innerhalb von ca. 1,2s soll er von 0,5 m/s auf 0 abbremsen können ...

Hmmmm - klingt nicht nach allzuviel. Ich hatte mal ein bisschen mit dem Balancieren experimentiert - und mein MiniD0 (als Erlkönig) schaffte das auch. Mein MiniD0 ist kein wirklich grosses Fahrzeug, schlapp 200 g, ømax 52,8 mm, HüA 90,25 mm, vmax etwas über 0,5 m/s. Diese Masse ist schnell auf Fahrt zu bringen - oder abzubremsen. Ich habe das mit zwei Getriebemotor-aus-Servo (ohne Elektronik) angetrieben. Und da schaffe ich beim Abbremsen maximal dV=320 mm/s in dt 20 ms. Beschleunigung kannst Du selbst ausrechnen (ich dachte zuerst, dass ich einen Fehler gemacht hätte) - hier ist das dazugehörige Diagramm. Bremsrampe wurde aufgenommen durch "vollen Gegenschub" bei hoher Fahrt. Die Anfahrbeschleunigung kannst Du Dir ja auch rausmessen - das ist beim Anfahren eine Sprungantwort! Weitere Diagramme sind hier verlinkt.

Fazit: es ist recht viel möglich mit unseren E-Motörchen.
Fazit2: ich habe KEINE Ahnung, ob das beim Balancieren wirklich notwendig ist - aber da wird ja auch "dauernd" umgeschaltet - und manchmal wars zu wenig, das MiniD0 ist einfach gekippt. Allerdings siehst Du ja auf dem Video, dass es von selbst ins Balancieren kommen kann. Hierbei ist natürlich auch daran zu denken, dass beim Balancieren recht oft nicht die ganze Masse translatorisch beschleunigt wird, sondern dass die vorwiegende Bewegung ein rotatorisches Gewackle ist (ist das verständlich ausgedrückt?).

Vielleicht/hoffentlich helfen Dir meine Daten etwas bei Deiner Auslegungsrechnung.

[ShockWaveRider]

Erst einmal vielen Dank für eure Antworten.

Einmal angenommen ich habe für die einzelnen Szenarien (Beschl., konst. Geschw. und Abremsen) die jeweils vom Motor zu liefernden Drehmomente und Leistungen berechnet. Heraus kommt, dass die meiste Leistung während des Abbrems-Szenarios von 0,5 m/s auf 0 m/s in 1,2 s benötigt wird, nämlich nach der Formel:

Fbrems = 0,15 N;
Pmin = (Fbrems * v) / Eff% / 2 pro Motor
=> Pmin = 52 mW

Wie gehe ich nun weiter vor bei der Motorauswahl? Muss ich mir nun nicht die Motorkennlinien der in Frage kommenden Motoren anschauen, und überprüfen, ob der betrachtete Motor bei den jeweiligen Lastmomenten (M_beschl., M_v-konst, M_brems) mindestens die entsprechenden jeweiligen Drehzahlen liefern kann?

Kann ich als Lastmoment bei der Beschleunigung / Abbremsung jeweils einfach die erforderliche Gesamtkraft * Radradius annehmen, d.h. ein konstanter Wert, oder ändert sich das Lastmoment in diesen beiden Szenarien nicht fortlaufend? Bei konst. Geschw. ist es ja auf jeden Fall konstant, da der Motor ja fortlaufend die Reibungskraft * Radius aufbringen muss.

Ich hoffe, ihr könnte mir noch einmal hierbei helfen, da ich momentan etwas auf dem Schlauch stehe. Nochmals vielen Dank für eure Mühe.

[oberallgeier]

... Suche ... Motoren, die für ein ausreichendes Drehmoment sorgen ...

Gut, die Wunschvorstellung ist halbwegs klar. Aufgabenstellung ist das keine - weil wir nicht wissen, wie schwer Dein Roboter werden soll. Weißt Du es?

... Roboter soll ... Höchstgeschwindigkeit von etwa 0,5 m/s haben und diese in ca. 2s erreichen ....

Woher stammen diese Vorgaben? Hat das mit Deiner Auslegung fürs Balancieren zu tun? Ich denke, der fällt einfach um, plumps. Also ich will nun nicht sagen, dass ich mit dem MiniD0 ne Rennsemmel angepeilt habe - aber Endgeschwindigkeit von 500 mm/s wird nach Messprotokoll in weniger als 50 ms erreicht. Wie das Balanciervideo zeigt, ist die Beschleunigung nicht immer ausreichend.

Gut, das ist keine Antwort auf Deine Frage, aber da Du die Masse von Deinem Roboter nicht nennst, kann man auch nix Konkretes sagen.

... da ich momentan etwas auf dem Schlauch stehe ...

Ein bisschen suchen hätte Dir längst geholfen: gib mal im RNWissen/Suchen ein: motorkraft. Da wirste geholfen (letzter Weblink, ganz unten). Übrigens: meine Antriebe haben etwa 7x soviel Drehmoment, wie diese Berechnung ergibt. Das hatte sich so ergeben, war von mir damals garnicht so geplant. Diese Reserve sehe ich als Grund dafür, dass das Teilchen selbstständig balanciert.