PWM e MOTORE C.C. 12V 23 A di targa. Pilotaggio tramite PIC

[kf00115]

Ho un triciclo per anziani di mio zio equipaggiato con due moto riduttori con motori in c.c.: 12V 23 A. l' elettronica originale incapsulata in un modulo resinato é defunta. Allora sto provando a realizzare un controllo in PWM come da schema allegato. Tutto funziona ma ho i soliti problemi: coppia molto bassa ai bassi giri e rumore acustico nei motori.Se imposto il PWM a frequenza ultrasonica poi ho un peggioramento della coppia. Non ho un driver per Mosfet ma a giudicare con oscilloscopio segnale sul source il Mosfet chiude bene e poi toccando con la mano il mosfet stesso rimane praticamente freddo al tatto. Con l'elettronica originale il tricilo anche a bassissimo giri aveva una forza enorme tale da farlo arrampicare anche su piccole salite. Ho pensato che invece di realizzare un PWM a caso (catena aperta) sarebbe meglio controllare il numero di giri impostati e lavorare ad ottenere quell'obiettivo. In pratica se imposto ad esempio 300 giri il PWM dovrebbe variare il duty cicle in modo da avere il più possibil ei 300 gir al variare del carico meccanico. Ma non esistono sensori di giri a bordo del triciclo. C' é il modo di poter ricavare il n giri del motore basandomi solo sull'alimentazione che fornisco ? Se mettessi tra Source e massa un resistore di precisione di basso valore esempio 0.01 ohm potrei ricavare la corrente assorbita tramite la tensione misurata e usando l'ADC del PIC potrei modificare dinamicamente il PWM ma che relazione c'é tra la tensione ai capi del resistore e i giri del motore? Del motore non conosco niente, le costanti di tempo, la K, la resistenza...
Qualcuno ha esperienza nel settore ?

[TardoFreak]

Quando il motore è in rotazione si comporta come una dinamo quindi, togliendo l'alimentazione (negli stati OFF del PWM) puoi calcolare la velocità di rotazione misurando la F.C.E.M. (mi pare che si chiami così).
E' il sistema che utilizzavano per regolare la velocità dei motorini dei giradischi e dei trapani.

[alev]

C' é il modo di poter ricavare il n giri del motore basandomi solo sull'alimentazione che fornisco ?

Credo di capire che questa domanda sia il nocciolo del problema e se non conosci nulla delle caratteristiche meccaniche del motore, direi che la risposta è no.
Forse, sarebbe possibile rilevare i picchi di commutazione durante la rotazione del motore se il motore è brushed ma non è detto che lo sia.

EDIT: l'argomento era stato già affrontato viewtopic.php?f=1&t=56140 (stesso utente, tra l'altro)

Ti volevo fare presenti due questioni:
- Se devi inserire degli schemi sul forum, è buona regola per tutti i forumisti utilizzare FidoCadJ (EDIT: cosi tutti possono modificare lo schema, se necessario)
- In termini di legge, i tricicli elettrici per disabili/anziani sono considerati ausilii medici e devono pertanto rispondere alle relative normative Europee e nazionali; se tu modifichi l'ausilio con componenti non certificate dal costruttore, si rischia di causare danni a cose/persone e che la responsabilità sia di tuo zio. Pensaci.

[kf00115]

Conosco la presenza della forza contro elettro motrice, il problema é che la durata OFF del comando PWM comunque molto breve e non penso di riuscire ad acquisirla in tempo con l' ADC del PIC ed inoltre dovrei lavorare con DRAIN comune con qualche problema di pilotaggio.

[kf00115]

Lasciando il pilotaggio a Source comune, iIn effetti potrei tentare di prendere la tensione ai capi del Drain e adattarla al fondo scala del conv. ADC del PIC (max 5 V) tramite partitore di tensione e provare a vedere se riesco a convertirla in tempo. Se così fosse sarei a cavallo, basterebbe poi modificare il Duty Cycle dinamicamente per riportare i giri al valore voluto. Rimarrebbe poi il problema del rumore acustico.
Domani ho un po' di tempo x fare delle prove. Ogni idea é comunque bene accetta.

[kf00115]

Riepilogando:
Il motore in c.c. quando applico tensione é un motore se tolgo diventa generatore
Tratto ON del PWM applico una FORZA ELETTRO MOTRICE e motore gira
Tratto OFF non do tensione motore produce FORZA CONTRO ELETTRO MOTRICE E= w K

Dalla ampiezza E (conoscendo o ricavando o ipotizzando K) ricavo w (w= omega = velocità angolare in rad/s)

Nel tratto OFF del PWM leggo la E (convertita tramite l' ADC del PIC) e dalla formula ricavo w

Se w é minore di quella voluta (causa carico applicato) in automatico vario PWM aumentando Duty Cycle Se w é maggiore di quella voluta (causa diminuzione carico applicato) in automatico vario PWM diminuendo Duty Cycle

Quindi il mio TARGET diventa il numero giri impostati da ottenere a prescindere dal carico che ho.

Ci vorrà un PID ?


Domani l'ardua sentenza!

[EcoTan]

Tratto OFF non do tensione motore produce FORZA CONTRO ELETTRO MOTRICE E= w K

Queste cose funzionano bene quando il duty cycle è basso e la lettura avviene a fine ciclo. Altrimenti il transitorio di apertura dovuto alla induttanza di dispersione dello statore falsa la lettura della f.c.e.m..
Ma come sarebbe un comando acceleratore manuale, e la funzione del regolatore la assolve lo zio?

[kf00115]

In origine era con la manopola sul manubrio tipo gas. La ruotavi e prendeva "il gas". Ora sto riciclando il tutto, allo zio non serve più. Vorrei farci un trespolo che viaggia nel campetto vicino a casa mia . Magari un taglia erba? Infatti ho visto che a duty cicle basso la tensione media é più elevata . Penso che dovrei fare una tabella duty cicle /tensione a vuoto (facendo girare su cavalletto) poi sotto carico impostare il duty che mi serve in funzione dei giri necessari, e cercare di riportare la tensione al valore a vuoto (più bassa) gestendo dinamicamente il PWM.

[SandroCalligaro]

Come ti è stato detto e ribadito, la misura di back-EMF (back-Electro-Motive Force o FCEM) è possibile solo se il modo di funzionamento del chopper è discontinuo (cerca "Discontinuous Conduction Mode" per il convertitore buck), visto che solo a corrente nulla non hai ricircolo tramite il diodo.
Questo modo di funzionamento, però, causerà un ripple più elevato, a parità di corrente media, perciò tendenzialmente maggiore rumore acustico, oltre che maggiori perdite.

La maggior parte dei controlli con la leva del "gas" sono controlli di coppia (cioè di corrente, per un motore DC).
In ogni caso, anche per fare un buon controllo di velocità sarebbe bene utilizzare due anelli annidati, cioè un controllo di corrente il cui riferimento provenga dall'anello "esterno" di velocità. Questo permette di semplificare il controllo e di renderlo più "robusto", evitando anche "a priori" sovracorrenti pericolose per i dispositivi.

Premetto che realizzare un sensore di velocità anche rudimentale potrebbe essere semplice, e permetterebbe di avere una misura certa, quindi valuterei questa possibilità.
Se però dovessi provare a stimare la velocità in un motore DC, cercherei di dedurla dalla tensione applicata (prodotto del duty-cycle per la tensione di alimentazione) e dalla caduta resistiva. Questa stima sarebbe però corretta solo a regime di corrente.
Si potrebbe anche realizzare un osservatore, conoscendo l'induttanza di armatura. Comunque sia, anche applicando la misura diretta della back-EMF (nel tempo di OFF) avresti bisogno di conoscere la costante di tensione, oppure dovresti considerare un certo livello di back-EMF come riferimento per la velocità, vista la relazione lineare.
Per realizzare qualunque di queste tecniche la misura di corrente è fondamentale: oltre alla cura del circuito elettrico e alla velocità dell'ADC, l'ideale sarebbe avere PWM simmetrica (rampa di conteggio triangolare, non a dente di sega) con misura effettuata a metà periodo. Non so se il PIC che usi permetta di effettuare queste operazioni.

L'identificazione della costante di tensione è relativamente semplice (ma richiede sempre una misura di velocità), se il motore è scollegato dal carico: mentre si fa ruotrare il motore (con una coppia esterna, ad es. un trapano) ad una velocità nota, si misura la tensione a vuoto. Forse, misurando la tensione con un oscilloscopio, è possibile dedurre la velocità da qualche armonica legata alle commutazioni del collettore, e quindi fare la prova evitando la misura diretta di velocità...

La misura di resistenza si può fare con un ohmetro (o forse meglio con un alimentatore, un amperometro ed un voltmetro, visto il valore basso). Altrimenti con il chopper stesso, a rotore bloccato, utilizzando la corrente misurata dal controllo a vari valori di duty-cycle. Quest'ultimo metodo ti permetterebbe di vedere l'effetto del "dead-time", che in questo caso è in realtà solo un ritardo di commutazione, e sarebbe più corrispondente a ciò che vedresti poi nel funzionamento reale.

Per identificare l'induttanza il metodo più semplice è quello di imporre un tempo di ON sufficientemente lungo da far salire la corrente al valore nominale, seguito da un tempo di OFF molto lungo, a rotore bloccato, e misurare la corrente con un oscilloscopio.
Dalla relazione puoi ricavare l'induttanza.

[EcoTan]

ho visto che a duty cicle basso la tensione media é più elevata

Proprio così. E' una media fra la tensione di batteria x il tempo ON e la f.c.e.m. x il tempo OFF, e fra i due ci sta il transitorio di apertura induttivo che può durare anche fino alla richiusura, in tal caso la corrente è continua con ripple triangolare.
Ma vi piacciono i cas8? La velocità è la velocità, metti un encoder o fregatene.