Zero crossing detector sensore a riluttanza magnetica

[elektrojack]

Dato che non posso cambiare sensore posso peró cambiare specifiche.
Qual è il meglio che si può ottenere?
Usare un lm1815 potrebbe essere una discreta soluzione?

[venexian]

No.

Ciò che devi fare è tanto software per sopperire al problema della mancanza di risoluzione del sensore.

Quel segnale lo accoppi in alternata all'ingresso del convertitore AD, scalandolo opportunamente in modo da far entrare tutto il segnale nella dinamica del convertitore (1).

Campionando alla massima velocità (2) ottieni i due punti (A, B), minimo e massimo del segnale in ingresso. Questa informazione è il primo dato fondamentale, li consideri come due punti fissi nel periodo meccanico di rotazione.

Da calcolo ottieni anche i due semiperiodi (in tempo) del passaggio da A a B e da B a A e da questi anche la velocità di rotazione. Se la velocità di rotazione fosse costante, questi dati ti permetterebbero di stabilire l'angolo di accensione, ma sappiamo che non è così.

Dato che il tuo sensore non ti permette di ottenere sufficienti informazioni per calcolare l'andamento della velocità, devi avere una mappa (3) di questo andamento che adatti al volo al periodo di rivoluzione, per calcolare una migliore approssimazione dell'angolo di accensione.

La mappa la ottieni facendo le prove al banco, utilizzando un encoder ad alta risoluzione calettato all'asse.

Non conosco il motore di cui parli e le sue caratteristiche, ma con la tecnica che ti ho descritto, +/- 1° di precisione assoluta dovresti ottenerlo facilmente. Ti avverto che è un lavoro abbastanza incasinato e richiede un continuo alternare di scrittura di codice e prove al banco.




(1) Partitore 50/50 tra VCC e GND, segnale che arriva con una serie RC per scalare e disaccoppiare la continua.
(2) Non ho guardato il datasheet del micro che hai detto di voler usare, ma considera che la velocità di campionamento è importante a 15 000 rpm.
(3) In realtà ti servono una serie di mappe, funzione almeno della velocità di rotazione.

[EcoTan]

circuito analogico per rilevare dei picchi variabili da un minimo di 2V ad un massimo di oltre 50V

Il fatto che l'ampiezza cresca con la frequenza, di per sè favorirebbe la risposta di un filtro analogico. Ma una soluzione tutta analogica resta sconsigliata e mi chiedo se quel segnale così sconquassato venga da un apposito sensore o sia prelevato da avvolgimenti già esistenti.

[elektrojack]

No.

Ciò che devi fare è tanto software per sopperire al problema della mancanza di risoluzione del sensore.

Quel segnale lo accoppi in alternata all'ingresso del convertitore AD, scalandolo opportunamente in modo da far entrare tutto il segnale nella dinamica del convertitore (1).

Campionando alla massima velocità (2) ottieni i due punti (A, B), minimo e massimo del segnale in ingresso. Questa informazione è il primo dato fondamentale, li consideri come due punti fissi nel periodo meccanico di rotazione.

Da calcolo ottieni anche i due semiperiodi (in tempo) del passaggio da A a B e da B a A e da questi anche la velocità di rotazione. Se la velocità di rotazione fosse costante, questi dati ti permetterebbero di stabilire l'angolo di accensione, ma sappiamo che non è così.

Dato che il tuo sensore non ti permette di ottenere sufficienti informazioni per calcolare l'andamento della velocità, devi avere una mappa (3) di questo andamento che adatti al volo al periodo di rivoluzione, per calcolare una migliore approssimazione dell'angolo di accensione.

La mappa la ottieni facendo le prove al banco, utilizzando un encoder ad alta risoluzione calettato all'asse.

Non conosco il motore di cui parli e le sue caratteristiche, ma con la tecnica che ti ho descritto, +/- 1° di precisione assoluta dovresti ottenerlo facilmente. Ti avverto che è un lavoro abbastanza incasinato e richiede un continuo alternare di scrittura di codice e prove al banco.




(1) Partitore 50/50 tra VCC e GND, segnale che arriva con una serie RC per scalare e disaccoppiare la continua.
(2) Non ho guardato il datasheet del micro che hai detto di voler usare, ma considera che la velocità di campionamento è importante a 15 000 rpm.
(3) In realtà ti servono una serie di mappe, funzione almeno della velocità di rotazione.

Ottime considerazioni, ma ancora mi è difficile capire perché il passaggio dallo zero non corrisponde sempre alla stessa posizione meccanica. Puoi fare un esempio concreto? ha a che fare con la variazione del campo magnetico al variare dei giri? Ti chiedo scusa ma voglio capirci bene.
Non credo che le accensioni ad anticipo variabile tipo selettra, pvl ecc usino qualcosa di complesso per leggere il pickup, o sbaglio?

Come far entrare tutto il segnale nell'adc se può arrivare oltre 50V di picco? Dovrei avere un partitore adattativo o un amplificatore ad attenuazione variabile....poi filtrare il segnale induce dei ritardi che anche di pochi us sono da compensare. Credo che il segnale debba essere comunque clampato a 5V e quindi all'aumentare della frequenza mi perdo il picco a meno di implementare come dicevo un attenuatore variabile.
Oppure dovrei far girare il motore alla massima velocità e scalare il segnale per usare la massima dinamica dell'adc...però alla minima velocità dovrei analizzare un segnale di ampiezza veramente bassa...l'Adc del micro ha 1024 punti e velocità di campionamento di 100us.

Per quanto riguarda le mappe, questo mi pare lo scoglio più grande perché non ho un encoder da calettare e mi rendo conto che sia un lavoro oneroso.

Grazie

[elektrojack]

circuito analogico per rilevare dei picchi variabili da un minimo di 2V ad un massimo di oltre 50V

Il fatto che l'ampiezza cresca con la frequenza, di per sè favorirebbe la risposta di un filtro analogico. Ma una soluzione tutta analogica resta sconsigliata e mi chiedo se quel segnale così sconquassato venga da un apposito sensore o sia prelevato da avvolgimenti già esistenti.

Dato che il sensore ha un capo collegato al telaio(motore) dove sono collegati altri capi di altre bobine per alimentare altre cose, subisce una discreta distorsione.

[venexian]

... mi è difficile capire perché il passaggio dallo zero non corrisponde sempre alla stessa posizione meccanica.

Ci sono due considerazioni da fare.

La prima è strettamente elettrica e riguarda la relazione tra l'andamento di quella tensione e l'angolo meccanico. Se utilizzi un comparatore, più il punto dove vai a fare la misura ha un andamento 'piatto', più sarà l'errore tra il momento rilevato e la posizione angolare meccanica. Facendo una comparazione analogica dovresti cercare di avere le soglie in corrispondenza di un fronte verticale. Il primo consiglio che ti è stato dato è proprio questo: usare un comparatore ad isteresi nel quale le soglie si adattino all'ampiezza del segnale. Se invece cerchi il picco, come dovrebbe fare la versione digitale, questo problema praticamente scompare: il picco, a meno di ritardi elettrici dipendenti esclusivamente dalla velocità di rotazione, corrisponde sempre a una posizione meccanica ben definita.

La seconda considerazione è a livello di sistema. Le ECU più semplici hanno l'angolo di accensione corrispondente al punto di rivelazione e la regolazione dell'anticipo si esegue modificando meccanicamente la posizione reciproca di sensore e rotore. Con un sistema di questo tipo, non esiste ritardo tra il momento di rilevamento e il momento di accensione, e l'andamento della velocità del rotore tra il momento rilevazione e quello di accensione perde di significato. Se invece si vuole rilevare una posizione meccanica e poi con un timer regolare il momento di accensione ad un istante successivo, l'andamento di tale velocità determina in primis la precisione dell'angolo meccanico di accensione.

Se ad esempio hai la rilevazione (precisa) al PMI, per dare l'accensione esattamente al PMS non puoi semplicemente ritardare l'uscita di T/2, perché il tempo di salita non è uguale al tempo di discesa. Oltre a questo, anche a numero di giri costante, a farfalla aperta e farfalla chiusa, questi tempi cambiano moltissimo, anche se la loro somma è sempre uguale al periodo di rivoluzione.

Non credo che le accensioni ad anticipo variabile tipo selettra, pvl ecc usino qualcosa di complesso per leggere il pickup, o sbaglio?

Utilizzano il sistema che ti illustravo prima, azzerando il tempo tra il rilevamento e l'accensione. Un minimo di anticipo variabile è comunque possibile, ma si tratta di sistemi decisamente 'grezzi'. Non pensare neppure lontanamente a precisioni sotto il grado.

Come far entrare tutto il segnale nell'adc se può arrivare oltre 50V di picco? Dovrei avere un partitore adattativo o un amplificatore ad attenuazione variabile....poi filtrare il segnale induce dei ritardi che anche di pochi us sono da compensare. Credo che il segnale debba essere comunque clampato a 5V e quindi all'aumentare della frequenza mi perdo il picco a meno di implementare come dicevo un attenuatore variabile.

No, no. Leggi sotto.

Oppure dovrei far girare il motore alla massima velocità e scalare il segnale per usare la massima dinamica dell'adc

Sì, questa è la via.

...però alla minima velocità dovrei analizzare un segnale di ampiezza veramente bassa...l'Adc del micro ha 1024 punti...

10 bit vanno bene, anche perché di più non avrebbe molto senso a causa del rumore. Se hai il fondo scala a +/- 50 V, leggendo +/- 2 V hai comunque quasi 6 bit che alla minima velocità ti bastano per non prendere lucciole per lanterne. Se è un motore da competizione, la precisione ti serve quando il motore è in coppia, non certo a 3 000 rpm.

... e velocità di campionamento di 100us.

Qui invece non ci siamo proprio: il periodo di campionamento deve essere massimo 5 us.

... Per quanto riguarda le mappe, questo mi pare lo scoglio più grande perché non ho un encoder da calettare e mi rendo conto che sia un lavoro oneroso.

L'encoder è la parte semplice. Devi avere una scheda di acquisizione in grado di gestire il segnale A/B a svariati MHz, che si interfacci a un PC connesso anche alla ECU che stai sviluppando. Poi devi scriverti il software per analizzare una montagna di dati e estrarre ciò che ti serve. Non sono cose che trovi pronte su e-bay, devi fartele e si tratta di tanto lavoro.

Come ha scritto qualcun altro su questo sito, non ci sono né pranzi né cene gratis: se vuoi un giocattolo puoi andare a caso, mettere la risoluzione a 0,1 °, tanto quasi nessuno potrà mai verificarlo. Se invece vuoi progettare una ECU per un motore da competizione è un lavoro molto molto impegnativo.

[elektrojack]

Se utilizzi un comparatore, più il punto dove vai a fare la misura ha un andamento 'piatto', più sarà l'errore tra il momento rilevato e la posizione angolare meccanica. Facendo una comparazione analogica dovresti cercare di avere le soglie in corrispondenza di un fronte verticale. Il primo consiglio che ti è stato dato è proprio questo: usare un comparatore ad isteresi nel quale le soglie si adattino all'ampiezza del segnale. Se invece cerchi il picco, come dovrebbe fare la versione digitale, questo problema praticamente scompare: il picco, a meno di ritardi elettrici dipendenti esclusivamente dalla velocità di rotazione, corrisponde sempre a una posizione meccanica ben definita.

Ok mi è chiaro: quindi è perciò che si cerca lo zero crossing...ma quindi la comparazione analogica è possibile, solo che riduce ancora di più la precisione?

Utilizzano il sistema che ti illustravo prima, azzerando il tempo tra il rilevamento e l'accensione. Un minimo di anticipo variabile è comunque possibile, ma si tratta di sistemi decisamente 'grezzi'. Non pensare neppure lontanamente a precisioni sotto il grado.

in sostanza quindi tali accensioni spacciate per "racing" a prezzi decisamente alti, ricevono il segnale del pickup e "danno" la scintilla? Come fanno quindi a fare l'anticipo (ritardo) variabile? Conteranno la velocità e dal ricevimento del segnale generano un ritardo?

Grazie delle delucidazioni :)

[venexian]

Ok mi è chiaro: quindi è perciò che si cerca lo zero crossing...ma quindi la comparazione analogica è possibile, solo che riduce ancora di più la precisione?

Se rileggi, è quello che ti ho scritto all'inizio. Considera che se inserisci un'isteresi sufficientemente alta, lo 'zero-crossing' si trasforma in una comparazione lungo i fronti dei picchi più elevati.

in sostanza quindi tali accensioni spacciate per "racing" a prezzi decisamente alti, ricevono il segnale del pickup e "danno" la scintilla?

In pratica è così.

Come fanno quindi a fare l'anticipo (ritardo) variabile? Conteranno la velocità e dal ricevimento del segnale generano un ritardo?

Esatto, con tutte le imprecisioni che questo comporta. Alcune ECU 'racing' di una delle marche che hai citato, le conosco molto bene. Ti assicuro che questo tipo di 'leggerezze' non sono le peggiori che ci sono dentro.

Vere ECU racing erano quelle usate nel motomondiale quando andava 2T. Alcuni produttori italiani avevano fatto cose egregie (non quelli da te citati). Nel settore karting, dove è ancora tutto 2T si vedono cose terribili, anche perché è relativamente poco costoso ottenere l'omologa FIA, e alcune aziende ci marciano alla grande.

E' tecnicamente interessante, ma l'ambiente è... guasto.

[elektrojack]

Il kart è l'unico settore in cui il 2T sia ancora sviluppato...è triste sentire che sia un ambiente guasto.

Sono anni che studio e ricerco info su queste cose, perché mi diletto, mi appassiona e affascina il mondo motori e l'elettronica.....ma tante informazioni e chiarimenti le ho trovate solo ora e grazie a TE!

Con tutte le imprecisioni del caso per questa volta conto di andare sulla strada dello zero crossing analogico, poi in futuro sicuramente punterò sull'approccio digitale.

Un'altra domanda: nelle accensioni a rotore interno dove lo statore ha 2 fili e che non hanno un pick up e quindi il segnale di fase è ricavato dalla tensione prodotta dallo statore (2 fili) giusto?
Tale segnale è distorto o comunque deviato dal fatto che la tensione dello statore carica il condensatore della cdi....quindi anche lo zerò crossing è sfasato o comunque influenzato dalla carica del condensatore; mi aspetto che la rilevazione della posizione meccanica sia ancora più scadente.

[venexian]

Il kart è l'unico settore in cui il 2T sia ancora sviluppato...è triste sentire che sia un ambiente guasto.

E' un ambiente di... giostrai. Ci girano tanti (troppi) soldi, tutti ci mangiano e la FIA chiude entrambi gli occhi perché è la migliore palestra per le categorie superiori. Io ci sono entrato in contatto ai tempi della tesi e... meglio che mi fermi qui.

Con tutte le imprecisioni del caso per questa volta conto di andare sulla strada dello zero crossing analogico, poi in futuro sicuramente punterò sull'approccio digitale.

Non ti assicuro nulla, ma provo a vedere se trovo qualche schema...

Un'altra domanda ...mi aspetto che la rilevazione della posizione meccanica sia ancora più scadente.

Anche in questo caso, chi progetta queste accensioni procede a tentativi: l'impulso di accensione viene dato subito dopo il rilevamento e il sensore viene ruotato fino a far coincidere l'impulso di accensione con l'angolo voluto. Se poi l'anticipo con la velocità si muove in direzione opposta a quanto voluto, si invertono un po' di cose (a caso) fino ad avere qualcosa che funziona. Considera che per la maggior parte dei meccanici, l'elettricità è... tabù.