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ATAVRMC100电机控制套件小徐评测 (一)

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出0入0汤圆

发表于 2008-6-19 00:27:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
ATAVRMC100电机控制套件小徐评测 (一)
   
   写在前面的话:

   本评测纯属业余水平的小徐菜鸟业余之作。对广大充满爱心的发烧友要说的是,本人一点都不拒绝西红柿和鸡蛋,这两样食品我还都比较喜欢。据说西红柿炒鸡蛋对预防。。。。。炎很好的用处哟。(嘘,小声一点,谁用谁知道。。。。。。。只是据可靠的内部消息说,第二天小徐菜鸟做了一次菜市场投机买卖,小赚一把。。。。。  )

   好,废话少说,言归正传,话说。。。话说。。。话说到什么地方啦。。。

   一堆tomatoes, eggs扑面而来。。。。

  小徐菜鸟假装镇定地怀着一种菜鸟工程师特有的欣喜的心情,打开ATAVRMC100的包装,MC100-C的电机控制板映入眼帘。

  点击此处打开 ourdev_317104.jpg(文件大小:2.95M,只有300K以内的图片才能直接显示) (原文件名:MC100板.jpg)

   拿在手里,感觉很轻,第一印象是用这种材质做四轴飞行板应该是不错的选择。看板子做工觉得的确是大公司产品,元器件都是比较的好。有一种爱不释手的感觉。手册说明电路板尺寸是75mm*55mm,实测表明还没有算上接线端口导致的10mm,所以,所以有75mm*(55+10)mm。

   电机是FL42BLS01-001,重量适中,比一般国产的感觉要轻。可惜没有一个称在身边,只有用以上字眼来描述重量实在是个遗憾,尽管这对四轴很重要,只有看以后有机会能不能弥补。电机的datasheet上说是0.3kg。额定转速4000转每分钟。轴向长度实测是44mm(不含电机轴伸出电机本体外的长度;电机本体实测宽42mm。电机本体接近是一个正方体。电机好象在国内有代理,网址:
http://ruenying.en.alibaba.com/product/0/204712468/Others/FL42BLS_SERIES_BRUSHLESS_DC_MOTOR/showimg.html

      点击此处打开 ourdev_317105.jpg(文件大小:2.56M,只有300K以内的图片才能直接显示) (原文件名:电机.jpg)        

        主芯片是AT910PWM3-16SU,封装是SO32,是07年第48周的货,还比较新。6个功放管说明书上说是MOSFET,型号是SUD35N05-26L,查了其DATASHEET在25环增温度下能够承受的连续电流是35A。小徐菜鸟,有点不太相信。如果是真的,这对于四轴也应该够用了。只是手头没有这样的器件,而且可能也不会太便宜,真想通这样大的电流烧一烧试一下可靠性。比我以前驱动无刷直流电机的换相用的配对的IRF9540与IRF540(国际整流公司的)轻得多体积还小一半多。IRF9540与IRF540电流还只有20~30A左右。板上器件型号只写有5ON03-11字样,不知是不是就是手册上所说的SUD35N05-26L,如果是,四轴用SUD35N05-26L是个不错的选择。唉,要是“每天”这哥们在就好了,以他的功力,拍清楚让广大发烧友鉴定一下应该是没有问题的吧。 //“每天是我朋友的摄影专用笔名。”
       
        电容直插的就一个47uF,用于7805的输入电源电压滤波。应该不是ourdev网上以前披露的那种类似黑心棉的假电容,虽然外观是一样的。想来ATMEL这样的大公司,应该不会犯这种低级的自掘坟墓,而且还是其芯片的评估板。就象一个房地产公司请大家来看样品房,你想,会不会用足货真价值的料呢?

        已到1点了,小徐菜鸟前两天都熬了很长时间,今天就要早点回去了。为了让ourdev的广大发烧友有个直观感受,小徐拍了视频,其中有反复起动的电压电流的指示,总的感觉控制得还是比较稳的,可惜我的测速仪计划还没来得及做,不然就可派上用场了,不过大家不用急,我自会去借一个上档次的测速来测,(其实用示波器看霍尔元件输出也是个办法)。只是,今天天色不早,该回去了,不然又得烦扰守门的阿姨了。
       
          各位大虾和大大虾,有什么好的建议和指导意见,请在ourdev上告诉一声,小徐菜鸟自当努力去实现。

          对了,忘了提醒一句,接电源的时候注意不要接反了。另外,霍尔元件最好不要接错了,要烧了,有的电机就相当于废了。反电势做法还是没有霍尔元件来得容易和稳定吧。

          唉,小徐菜鸟之所以成不了大虾,就是因为总是以菜鸟的视角去写问题,这不,马上暴露了吧。上海虹口的西红柿和鸡蛋又会供大于求啦。

         好了,终于可以说Good night啦 , 亲爱的ourdev上的朋友。祝你尽快入梦,有一个好的睡眠。这也是我自己的bless吧。

          还有,打雷啦。。。下雨啦。。。别忘了收衣服啦。。。收衣服别忘了搭梯。。。。。。。。收了梯子别忘了看后面的视频哟。。。。。

点击此处下载 ourdev_317142.rar(文件大小:37.10M) (原文件名:运行.rar)
点击此处下载 ourdev_317143.rar(文件大小:62.24M) (原文件名:反复起动.rar)

/*视频中红色是电流单位A,黄色是电压V,不想到上传花了N长时间,现在还没走成,守门的阿姨又要被我叫醒开门啦,真是不好意思 */

阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-19 00:35:01 | 显示全部楼层
多少钱?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-19 01:17:47 | 显示全部楼层
to 【1楼】 wqm8181 数控黑客

官方网上价格好象是199美金

出0入0汤圆

发表于 2008-6-19 11:14:06 | 显示全部楼层
建议楼主用航模内转子无刷电机测试一下,选KV高些的,看看能否转到2万转/分

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-19 21:00:09 | 显示全部楼层
to 【4楼】 feng_matrix
手头上暂时还没有航模内转子无刷电机,单是对MC100套件的FL42BLS01-001电机,通过RS232对MC100发指令得到的结果如下:
0.50A 6999rpm 14.7V
0.33A 6000rpm 14.7V
0.23A 4100rpm 14.7V
0.15A 2400rpm 14.7V
以上结果都是在输入MC100电压为14.7V直流的情况下取得。
以上转速是用软件取得的。以后我会找测速仪来测试。
该电机的转动惯量是24g.cm平方。感觉变速很快。
在14.7VDC情况下设定电机为额定转速4000rpm,
然后调节输入电压,得到如下结果:
0.22A 4160rpm 15V
0.22A 3860rpm 14V
0.21A 3560rpm 13V
0.21A 3260rpm 12V

无刷KV值为电压每升高1伏,转速增加的数值,对于无刷,这个值是个常量。只是以上的测试还不清楚是否已加入了负反馈,所以得到的KV值为300,看似较低,如果是有负反馈作用,则实际KV值不会这么低吧,我想。我搞清楚程序再来看这个问题吧。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-19 21:17:23 | 显示全部楼层
【5楼】 xj_1232005  

ATMEL原板的专业和稳定性我相信的
比较关心的这个系统是转速是否有上限?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-19 21:22:37 | 显示全部楼层
to 【6楼】 feng_matrix
那你推荐一款电机让我测一下,或是你处有的话快递到我处到付费即可。我也在上海,虹口区,挨同济大学。近的话,我找你拿也行。或是我把这东西给你试试也行。你看怎么方便吧。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-19 21:53:19 | 显示全部楼层
我有一个KV6000的内转子,原来装在遥控吸尘小车上的,拆下来给你用
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=984592&bbs_page_no=1&bbs_id=3008

就是图中红色的那个,记得用完还我啊,我还靠它吸地板呢,呵呵!

最近在外高桥做项目,去你那里不方便,我找快递给你送过去
你把地址发给我:feng.matrix@yahoo.com.cn

出0入0汤圆

发表于 2008-6-19 22:03:31 | 显示全部楼层
这个内转子电机定子无铁芯,转子级数少,KV相当高
输入电压和占空比都别太高了,否则会爆转子伤人的
我曾经用40A电调把空载转速瞬间提到7万转/分,见5iMX上的帖子:
http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=169111&highlight=%2Bmatrix

安全第一,切记

出0入8汤圆

发表于 2008-6-20 01:00:48 | 显示全部楼层
电流怎么测到的?是平均电流吗,空载下还是带载?

启动前转子对齐,到速度进入闭环,整个过程的电流最大冲到多少?

测试的时候是否接上了电机的位置传感器?或是只是连上了三根相线?看你的测试好像是用了Hall,如果用上hall,那就基本没有什么意义。

启动的时候是否测试过带载的能力?比如用手指用力捏住转子,电流变化如何?如有电流探头,建议可以将电流波形抓来看看?

如果出现堵转,会如何处理?堵转后是否支持重新启动?启动从开始到速度进入闭环需要多长时间?



新马达接上去前先确认一下KIT上的提供的母线电压是否可以接受,驱动用的MOSFET的电流是否可以承受。马达接上去不要指望一下就能将转速提高上去,先低速转转,空载状态下看看电流的波形(要是有电流探头的话),如果电流波形还理想,可以慢慢加大桥臂上的占空比。如果使用的驱动方式是BEMF,记的PI参数不可能一套就能对付全部转速!

出0入0汤圆

发表于 2008-6-20 08:19:42 | 显示全部楼层
如果使用的驱动方式是BEMF,记的PI参数不可能一套就能对付全部转速!

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还请Grant详述

出0入0汤圆

发表于 2008-6-20 23:02:56 | 显示全部楼层
to :  xj_1232005

我明天早上快递给你两个电机,一个红色的KV6000内转子,一个金色的KV2200外转子
KV2200的上12V没啥问题的,KV稍高了一点,带桨螺距小些,直径6-8寸直驱桨应该可以的
KV6000的基本无桨可配,除非函道风扇,保险点你还是空载实验吧
这个电机空载我上过12V,占空比小点可以实验,别超过50%

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-21 00:24:05 | 显示全部楼层
to 【12楼】 feng_matrix

知道了。谢谢。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-21 01:06:38 | 显示全部楼层
学习了,谢谢

出0入0汤圆

发表于 2008-6-21 17:17:39 | 显示全部楼层
to : xj_1232005

测试电机已快递给你,最迟明天可以收到了,期待你的测试结果

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-23 14:38:59 | 显示全部楼层
to: 【15楼】 feng_matrix
刚收到你寄来的电机两个.feng_matrix 兄太客气了, 把运费都已付了. 谢谢了.

顺便向ourdev上的网友汇报一下:
在电机未到的这两天,我把MKII与MC100联上了,做了仿真,要提一下的是,ATMEL公司的AVR492应用文档的软件已经更新了.我把新的附在下面,文档倒是没有更新.
    点击此处下载 ourdev_323062.zip(文件大小:1.08M) (原文件名:AVR492_4_7_0.zip)
   另外发现用motor control center 软件通过MAX232和MC100联得上,也能控制.但是直接用串口调试助手只能接收到MC100启动时发来的"ATMEL Motor Control Interface>"字样,但是发"ru"(代表run) 等指令MC100没有反应.
   我的接法是将at90PWM3B的TXD与RXD通过外接一片max232至电脑串口的.
   现在正在分析原因.
ATMEL公司的电机控制中心软件下载地址:
http://www.atmel.com/dyn/products/tools_card.asp?family_id=607&family_name=AVR%AE+8%2DBit+RISC+&tool_id=4170

要说明的是:
    avr492源代码我用这两个软件都可以解读:
    avrstudio 4.14和
IAR 5.11B(http://www.ouravr.com/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=1113115&bbs_page_no=1&search_mode=1&search_text=IAR&bbs_id=9999上【21楼】 TYMCU 天涯提供的网址,在此谢谢共享的网友,尤其是 korren 提供的 BIN 文件)
    考虑到ATMEL公司提供的如此全面好用的电机库函数,加上板的小巧,就目前情况来说,四轴电调选用at90PWM3B是比较好的选择方向.进一步的情况我测试了
高速电机再向各位汇报.

出0入8汤圆

发表于 2008-6-23 15:42:16 | 显示全部楼层
AVR492是Sensor的,AVR493才是Sensorless的,做Sensor BLDC用90PWM3实在浪费!测测Sensorless模式的效果看看?一般DVK上配的马达的参数比较好,容易驱动,试试将DVK上原装的马达上到W,看看效果?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-23 16:34:57 | 显示全部楼层
【17楼】 Grant
谢谢你的建议.
上次大概看了一下,用MC100使用AVR493另外还要一块板,带来了一些不便,
不过,我会尽量试一下.

出0入0汤圆

发表于 2008-6-23 17:12:04 | 显示全部楼层
at90PWM3B做电机的专业性我不怀疑
比较关心的这个系统如果工作在无传感器方式下,转速上限是多少?
毕竟航模应用中的无刷电调,转速到数万转的情况很多
头像被屏蔽

出0入0汤圆

发表于 2008-6-23 17:33:27 | 显示全部楼层
谢谢【15楼】 feng_matrix 的机品。

快递费与电机费用先记着帐。 总共用的费用你方便的时候告诉我,我汇款给你吧。这些费用,应该是由网站支付,而不应由【15楼】 feng_matrix 个人支付。

虽然大家不缺这个钱,但按道理应该是网站支付的 :)

出0入0汤圆

发表于 2008-6-23 17:39:31 | 显示全部楼层
to :【20楼】 armok

这是小钱,不必计较,项目能做成功参与的人都会开心
头像被屏蔽

出0入0汤圆

发表于 2008-6-23 17:49:38 | 显示全部楼层
【21楼】 feng_matrix  ,

如果说钱不太好,可以用邮购部的商品, 或我们的AVR拆机件/美信拆机件代替也行 :)

出0入8汤圆

发表于 2008-6-23 18:57:36 | 显示全部楼层
看来【19楼】 feng_matrix 关心的东西和我关心的东西是一样的 ^_^


不知道顶楼测试的时候,母线电压是多少?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-23 21:38:49 | 显示全部楼层
to [23楼】 Grant
以前测试时母线电压14.7V,因为MC100要求在12~16V之间


现在串口与MC100的程序已理通了,以后写程序时就不会有此类的障碍了.现在可以无遗憾地去做高速电机sensorless情况下的测试.
我先细读AVR493及应用文档.

出0入8汤圆

发表于 2008-6-23 22:23:01 | 显示全部楼层
如能上到W转,且你有电流探头的话,可否帮忙提供一张最大稳速状态下的电流波形图 ?我很想了解一下它的效率如何?不要空载,最好能带载。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-23 22:56:35 | 显示全部楼层
呵呵,我想看最大稳速状态下的两个示波器波形:
1.上臂3路MOS的开关波形
2.电机三相线中任意一相的EMF波形
双踪示波器的话,最好能显示一个1KHZ的参考方波

有这两个波形,电调的工作状态一览无余

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-24 00:23:26 | 显示全部楼层
to:【25楼】 Grant  【26楼】 feng_matrix

非常感谢两位大侠的指点,提得很明确,我很好操作。


    关于以上两条测试要求,除了带载试验因暂时没有螺旋桨将会有些延迟外,其它的要求首先在设备上我处都没有问题。刚理了一下AVR493,我先要搭一块板,用于信号调理,主运放是LMV824,我大概找了一下,有旧板上的3片OP07,估计替换的可能性很大。但考虑到明天有些杂事要办,估计6月25日26日可以做好板,本周内(下周一上班之前)应该可以做好测试。

    还想说的是:
   
    欢迎ourdev上的各位朋友也提类似这样明确的要求以便我实施测试。先给各位再次道声谢谢。没有ourdev上的各位朋友的热心,就不会有四轴开源的美好前景,也就不会有这样好的机会来让我从事这方面的工作,并得到大虾们的亲自指点。这是件多么令人愉快的事啊,可以做自己喜欢的工作,而且还不孤单,还有高人指点,是不是做梦都要开心笑了。
   
   不管是什么样的测试要求,只要是我力所能及的(或即使是力所不能及我也会努力创造条件),我都会努力去做。可以保证的是,在没有大的课题挤占时间的前提下,我会越来越快,质量会做得越来越好(因为学得快和坚持得久就是我的传统优势啊)。

   说了半天,总结为一句:真的很欢迎也很感谢各位朋友给我提测试要求和批评意见,因为这能帮助我把测试工作做好,才能不辜负大家和阿莫的信任。

出0入8汤圆

发表于 2008-6-24 18:26:18 | 显示全部楼层
客气了。90PWM处理马达驱动资源上应该是没有问题的,但在行业中并没有一个现成的成熟应用例子,所有想看看实际效果。要是说效果一般,这么贵的价格,能比它好的有大把可以选用的,不用非要在一颗树上吊死。

顺便解释一下,我要求看的电流,只要用电流探头勾住马达的三根线的任何一根线即可,效果其实与26楼的2要求是一致的。因为三点接电阻虚地,会有一个BEMF的回路。

对于26楼说的第一条我还真没在意,想想90PWM肯定有死区控制这一选项。不过楼上的话我也到想了解一下AVR493的处理上最高稳速时PWM输出占空比是多少?

出0入0汤圆

发表于 2008-6-24 19:21:26 | 显示全部楼层
请问feng_matrix转到7W多RPM那个电机用的电调都是什么参数啊?

假设拿120°通电方式梯形波驱动,那个电机如果是1对级的话,每60°只有136μs。载波16KHz时每60°只有两个载波的时间,如果此时已经是最高转速那估计就不斩波了。级对数更多的话60°的时间连一个载波都不够,那如果母线电压比较高,在仍然使用斩波驱动的时候电机转速就上升到这个程度怎么办?一个PWM还没结束,60°就过了。

这个还请朋友们解答一下。谢谢。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-24 21:17:48 | 显示全部楼层
【29楼】 Alex_rcpilot

为计算方便,以6万转/分为例,6万转/分 = 1000转/秒 = 1转/毫秒
每组MOS每电周期连续导通角度为120度,若转子2磁极,导通时间在【1/3毫秒】约 330us
16khz方波,一个完整波长为【1/16毫秒】约62.5us,在一个导通的120度内约有5个PWM波形

另外,我之所以给xj_1232005那个红色电机,就是它比较特殊,它的转子确实就是2磁极,定子无铁芯
所以能做到KV6000,只有这种结构的电机能够转到6万转以上,因为电周期与机械周期之比是1:1的
正如你所说,如果外转子电机,磁极数目更多,比如我给的第二个电机是12磁极的,无论你加多大电压
烧掉电机它都转不到6万转/分,原因很简单,因为电周期与机械周期6:1,那么机械转速还未到6万转时
电周期切换速度已经达到电调运算极限了

可得结论:在电调一定的情况下,所驱动得航模无刷电机转子磁极数目越少,则极限转速越高
你可以看到负责任的商品航模电调说明书中,提到极限转速,都会加上磁极数目限制,就是这个原因

出0入0汤圆

发表于 2008-6-25 00:12:17 | 显示全部楼层
to 【30楼】 feng_matrix:

刚算了一下,如果真想让单对极转子的BLDC转到60°内只有一个PWM周期(62.5μs),需要高达16万RPM的转速。而如果是2对或者7对极,还是有那个可能的。我上次用一个7对级的无传感器BLDC转到了9000多RPM,也就是等效于单对极电机的63000RPM以上,频率已经非常高了。

如果我保持95%的杆量不变(仍然在PWM驱动模式下),逐渐升高电源电压,不知道到达一定的值后会出现什么现象。

假设载波是16K,我猜测等转子转到22857RPM以上时(等效于单对极的16万RPM)是会导致60°的电角度时间小于一个PWM周期时间,那时候PWM周期会不完整,如果PWM是先ON的极性,那么会导致OFF时间不够,相当于占空比变相增加,这样转速会更快,形成正反馈,让电机很快进入不斩波驱动的状态,这时候95%的杆量同100%的杆量已经没有区别了。

如果电调的换相分辨率足够保持电机继续同步运转,电机还是可以转下去的。但如果此时一个60°的时间太短,那么微小的换相误差就会造成电机失步,系统过电流停机保护。

不知道以上猜想是否能够站得住脚。

我做过的BLDC系统都是给定转速指令(rad/s)控制电机旋转的,有速度闭环控制。因此PWM占空比不是我说了算,而是指令转速决定的。也就是说只要母线电压在允许范围内,不管电源电压具体是多少,我给定一个目标转速,电机都会始终维持在那个转速下工作。对电调我很陌生,不太清楚具体情况。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-25 08:27:33 | 显示全部楼层
31楼的有道理!   不知怎么处理?

出0入0汤圆

发表于 2008-6-25 08:55:37 | 显示全部楼层
还有个问题想请教,航模用的无刷电调有没有使用SPWM驱动的?只要单片机可以输出三路时钟与周期同源、duty可分别设置的PWM就能够实现的。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-25 09:19:36 | 显示全部楼层
to : 【31楼】 Alex_rcpilot

我试验你所说的【固定90%杆量,狂加母线电压】的情况,结果是:
还未到我想看的电周期极限时,无刷电机的转子就爆了,这个试验危险,特别是尺寸功率较大的无刷电机
内转子电机转子会分裂,然后切断所有定子线圈;外转子电机碎片会直接飞出,指那打那;

出0入0汤圆

发表于 2008-6-25 09:35:45 | 显示全部楼层
to【34楼】 feng_matrix

兄弟太敬业了,看来咱们不用再追究极限转速的情况了。一定限度内提高PWM的载波频率就OK了。安全第一,以后不做这种危险实验了。
我现在公司在调空调压缩机的驱动,用的是梯形波的方案。在家有工夫可以试试自己画板子做电调。手里有个新西达的20A电调,用M8L做的,貌似用了4层板,电压采样部分的走线从表面上不容易看出来。但是它的过零检测不是用比较器,而是三个SOT-23的元件,不知道是不是三极管。有空测一下。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-25 11:19:08 | 显示全部楼层
LMV824,single power 5V, rail to rail。

用OP07代换LMV824M可能会有问题,昨天在FARNELL下单订LMV824M,今天说要从英国调货,5天,价不贵,20几,因只要一片;找了上海科讯,说最少要50片才能拆,每片6元,因做试验,要不了这么多。通过上海赛格的朋友在深圳订了LMV824IDR,按道理明天下午可以到。到我手估计也要后天吧。另在邮购部定了IC转PCB-通用转换板(SOIC28),可以把1.27mm管脚间距的14脚LMV824IDR转接到洞洞板上。还是争取能在本周内做好这个测试。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-25 12:03:12 | 显示全部楼层
还有忘了说一下,试MC100最好用新的AVR492的源代码,因为老的源代码在IAR和avr studio环境下不容易编译通过。所以就用新的好了。适合AVR studio 4.41新的代码在16楼

出0入8汤圆

发表于 2008-6-25 22:12:32 | 显示全部楼层
LMV824?有没有ST的替代品?有的话也许可以帮忙。


Re 33
我看了网上能够找到的电调用电机的广告,找到的结构都是BLDC,使用的方法都是六步换相驱动,这种电机不是非常适合使用SPWM方式驱动。我一直也想知道电调控制的电机是否适合使用FOC方式控制?但没人回答,我本身对这一类马达也不甚了解。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-25 23:32:18 | 显示全部楼层
to【38楼】 Grant :

可否解释一下为什么不适合SPWM驱动?如果连SPWM都不能应用的话,FOC也无从谈起了啊。d-q模型都要介入了,没有矢量控制怎么能行呢?我可以用我现在的平台做一个SPWM驱动的原型机出来实验。手头有芯片,载波使用20KHz应该没问题吧?航模电机绕组电感都比较小的。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-26 11:02:06 | 显示全部楼层
自己没有做过FOC控制,不是很懂,但从航模应用上考虑,航模无刷系统的设计目标是:简单、廉价、极速、质量小
你看看航模电调,除去都要用MOS不谈,一个电调的PCB板上只有M8、7805、三极管、电阻电容,总重十几克而以
连比较器都用M8内置的,硬件极为简单,虽然稳定性有限,但方波开环方式驱动的MOS可以让电机转到6万转/每分,功率重量比已是器件极限

而工业应用无刷电机的设计目标是稳定可靠,使用SPWM及FOC控制不光调频还要调压,闭环运算相对复杂,对MCU要求较高
楼上和Grant两位大侠,有把握设计出【FOC方式驱动的,重量在20克以内,价格在RMB几十元,输出功率数百瓦,转速能上6万转/每分】的系统吗?基于AVR M8的无刷电子调速器能风靡航模市场,存在的总是有一定道理的

当然也很期待两位把更专业的工业电机控制技术引入,做出更好的无刷调速器

出0入0汤圆

发表于 2008-6-26 15:52:13 | 显示全部楼层
to 【40楼】 feng_matrix :

我没有否定梯形波驱动方式的电调,而且也不想说SPWM有多好,只是好奇而已。至于硬件,SPWM方式下电路不会更复杂。如果芯片内部带有运放,则使用一相电流采样输入芯片内放大即可重建出三相的电压波形,还原转子位置。这比梯形波驱动时所用的电阻网络要小多了。而用一个通道的独立运放也不会太麻烦。总之这个东西玩一玩还是很有意思的。我手头有几个廉价芯片在SPWM驱动方面功能很强,想做实验玩一玩满足下好奇心。有任何结果都会放上来和大家共享的,各位都可以随意取用。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-26 18:18:34 | 显示全部楼层
恩,仅自己研究一下SPWM、FOC技术也是蛮有意思的,不过ADC的采样速度一般比比较器慢多了
其它芯片不知道,M8的ADC转换时间DATASHEET上写13-260us,好象不行,得找些电机驱动更专业些的芯片

出0入8汤圆

发表于 2008-6-26 19:54:37 | 显示全部楼层
先解释39楼的问题:为什么不适合SPWM驱动

首先大家应该都知道BLDC和PMSM的确切名称吧?BLDC也叫无刷直流电机;PMSM也叫永磁同步电机。行业里面一般而言都是用6步方波驱动BLDC、SPWM驱动PMSM(不信看看Ti介绍TMS320LF24xx/28xx关于马达驱动的参考设计,你很快会发现,凡是PMSM都是用SPWM来驱动,现在也有用FOC来实现,FOC也叫磁场定向控制,Microchip的dsPIC关于马达驱动的应用笔记有相关理论介绍,这里我就不唧唧歪歪了)。为什么会这样呢?如果各位有相对于的马达,跑起来测一下它们的反电动势就会明白了。BLDC的BEMF是梯形波,PMSM的BEMF是正弦波。相应的BLDC的定子电流为梯形波,当然PMSM需要定子能过产生稳定的力矩,当然需要一个正弦的驱动电流了。

不知道这样的解散大家明不明白?就算是PMSM也会因转子的构造导致磁钢的放置位置不一同,也有几种不同的类型。


Re 40楼:FOC方式驱动的,重量在20克以内,价格在RMB几十元,输出功率数百瓦,转速能上6万转/每分

正如41楼讲的,SPWM也好、FOC也罢、实际的电路结构与梯形波驱动(也就是上面经常讲的M8做的电调)其实都是一样的,唯一不同的可能就是MCU不一样。FOC方式驱动的,重量在20克以内,价格在RMB几十元,输出功率数百瓦这些肯定没有问题!一个STM32F103C8T6才多少钱,比90PWM可便宜多了;dsPIC33F2010多少钱?驱动的功率数百瓦这个更没问题,功率影响的只是功率级器件,与MCU控制本身没有任何影响。对于6万转/每分这个我就不是很有把握。M8做的都是开环,无所谓;FOC都是速度外环、电流内环,闭环控制,理论上成立,不代表实际效率。

我这有些参数可以参考一下:在Cortex-M3上,在无传感器/3电阻法模式下,FOC算法总的执行时间为24.5usec(EWARM ver4.42,速度优化)使用最新的EWARM ver.5.11,其执行时间可减少至20.5usec(CPU load @ 10kHz sampling time < 30%)。FOC的代码在STM32上最小可以压到<14K Flash。Microchip的dsPIC上我没参考数据。


还是老话,我对电调的电机不熟,倒是41楼的压缩机我有机会经常玩玩。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-27 13:55:12 | 显示全部楼层
to【42楼】 feng_matrix:

虽然我自己干活一直用AVR,但是在电机问题上我可能会选择Renesas的芯片。R8C/2K的A/D在Sample & Hold开启的状态下最快可以做到3.3μs转换。而且它有三相6线PWM输出,Timer时钟可以上到40MHz。

to【43楼】 Grant:

谢谢这么大篇幅的说明。我以前并不知道无刷电机的机械与磁场结构会决定它的BEMF是梯形波。既然是这种波形,那先不用考虑使用SPWM了。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-27 14:00:57 | 显示全部楼层
TO : 【43楼】 Grant

Grant 想不想尝试一下新东西?
要不楼主测试完成后,我把那个KV6000的电机快递给你玩,快递费和电机都不要你出钱
还是那句话,期待更专业的工业电机控制技术引入航模领域,做出更好的无刷调速器

出0入0汤圆

发表于 2008-6-27 14:31:25 | 显示全部楼层
贴一些航模爱好自制内转子电机结构图片,帮助 Grant 了解航模内转子电机结构:

定子:

(原文件名:20071006_35619b19bf3ac977acc4gJh0qwLEbEG3.jpg)


(原文件名:20071006_36e8b066f9f896246c6bPgjPpW5N2EUX.jpg)


(原文件名:20071006_3a25c22eb9ca0ed8a363gXGEz31mDKLm.jpg)


(原文件名:20071006_6a4d06c42a82d75139b6G8hIvnA6IK3w.jpg)


(原文件名:20071006_74280611012539f07675SbEU2FGQ7VpF.jpg)


(原文件名:20071006_7abeac497bebb1ca3a518A7HGPx2oNgz.jpg)


(原文件名:20071006_9c402126c0575cbb2208RohxEuoHUh9c.jpg)


(原文件名:20071006_e695efd27bd7b9fe08e9OB5MZxhv08xZ.jpg)

转子:


(原文件名:20071010_83d4b0c4fa56d1801840k5YY6nSU7Qnp.jpg)


(原文件名:20071010_9a44fddbb90cbd1789670BhkVsJzGtJ3.jpg)


(原文件名:20071010_d84953618519411fda35jHvRrWJuUkH7.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2008-6-27 14:41:22 | 显示全部楼层
再贴一个小的:


(原文件名:Eigenbau_mot2.jpg)


(原文件名:Eigenbau_mot4.jpg)


(原文件名:Eigenbau_mot7.jpg)


(原文件名:1530_6.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2008-6-27 14:49:43 | 显示全部楼层
制作材料是:漆包线、钢轴、轴承、汝铁硼磁、碳纤维丝
这些电机共同的特点是:重量小到不能再小、转速高到不能再高、功率大到不能再大
呵呵!给坛子里诸位做工业电机驱动的参考参考


(原文件名:DSCF0032.jpg)


(原文件名:DSCF0033.jpg)


(原文件名:DSCF0035.jpg)


(原文件名:DSCF0036.jpg)


(原文件名:DSCF0038.jpg)


(原文件名:DSCF0039.jpg)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-28 05:01:18 | 显示全部楼层
首先谢谢【38楼】 Grant。
  不过我买的片子已经到了,今天下午较晚才拿到的。但是是LMV824MT,本来是要LMV824M(非密脚,1.27mm间距,本想用已送到的邮购部的28脚IC转PCB插板装)但由于货送成了LMV824MT,间距小多了,没法装到转接板上,叫她再送,可能来不及能实现我所说的本周做完测试的想法。我说这个目标时本来还留有一定余量的,没想到片子送错了。没有办法咬牙上了,用细丝焊。现在才完成焊接。唉,真的是不敢轻易承诺。太多的可能性都是存在的。
    下面我今晚焊的板子,太瞌睡了,只能明天通电试了。
   
(原文件名:IMG_3753.jpg)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-28 05:05:21 | 显示全部楼层
下图是学阿莫用两张板叠加了一下


(原文件名:两张板叠加后.jpg)


(原文件名:IMG_37612.jpg)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-28 05:18:02 | 显示全部楼层
sensorless 情况下反电动势感应板原理图

(原文件名:反电动势感应板原理图.JPG)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-28 05:30:55 | 显示全部楼层
今晚熬夜还有一个收获是根据10天学会AVR做的的电路板装配后已通过整板测试。除了12864液晶测试没来得及做以外,其余的全通过了。主要是排除了一个假片子MAX232ese,赛格的散片有的不可信,我遇到两次假片子拉,一次是ADS8365,每片165左右,买拉12片,还害得我调板调了一星期,最后换申请送来的样片才好;一次就是这次的MAX232ESE。听说经济形势预期不太好,以后能买的就在阿莫处买好了,一是比较放心,二是支持邮购部(邮购部的片子要么明说是国产仿造,要么说明是进口原装,相对比较让我放心),希望ourdev顺利通过将会来临的不景气的经济形势。
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出0入0汤圆

发表于 2008-6-28 05:54:50 | 显示全部楼层
Cool ! 第一时间来顶一下。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-28 08:51:24 | 显示全部楼层
都是牛人……

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-30 01:59:56 | 显示全部楼层
今天把前晚上做的采集反电动势以便得到转子位置信息的模拟比较板做了试验,发现用这块板与ATMEL公司的AVR493(sensorless情况下的mc100)的代码配合可以转动,但是方向一会顺时针,一会反时针。
   下面首先是sensorless情况下的问题的录像

点击此处下载 ourdev_331562.rar(文件大小:41.40M) (原文件名:sensorless情况下的问题.rar)

   再下面是sensorless情况下的问题的示波器波形图


(原文件名:sensorless情况下的问题.JPG)

   1对应A反电动势,2对应B相反电动势,3对应C相反电动势(123均是用我做的模拟比较器板采得到反电动势信号经比较器后得到的结果,按AVR493接到了MC100的霍尔元件接入口。4对应接的是MC100的BEMF-B接口。

   为了分析问题所在,先让电机工作在带传感器状态,观察正常情况下带霍尔元件的输出波形

   点击此处下载 ourdev_331563.rar(文件大小:36.98M) (原文件名:霍尔元件的输出波形.rar)

   然后把模拟比较板的三相输入线与无刷电机的三相线组的线接在一块,然后用示波器观察sensorless情况下三相反电动势通过比较器后得到高低电平信号(类似于霍尔元件的输出),仍然表征转子的位置。发现基本上没有问题。
   下面是模拟比较器采得的反电动势波形(分接地未接得稳妥与已接好的情况)的录像。
   接地未接好:

点击此处下载 ourdev_331568.rar(文件大小:48.89M) (原文件名:模拟比较器采得的反电动势波形(接地不太好情况下).rar)
   
   接地已接好:

点击此处下载 ourdev_331569.rar(文件大小:47.42M) (原文件名:模拟比较器采得的反电动势波形(接地已接好).rar)

   接地已接好的波形图:


(原文件名:模拟比较器采得的反电动势波形(接地已接好).JPG)

    1对应A反电动势,2对应B相反电动势,3对应C相反电动势(123均是在电机正常转动情况下用我做的模拟比较器板与三相电机绕组并联得到反电动势信号经比较器后得到的结果。)4对应接的是MC100的BEMF-B接口。

   我估计AVR493代码可能会有些问题,所以这里提出来与各位高手讨论。还要向feng_matrix 和Grant兄说声抱歉,没有能及时做完你们提出的测试,实在是不好意思。

出0入0汤圆

发表于 2008-6-30 18:35:33 | 显示全部楼层
为什么上贴最后一副图中,每个方波开始和结束的时候,都一个暂短的高低跳变?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-30 19:07:12 | 显示全部楼层
to 【56楼】 feng_matrix 兄
今天刚到了三台新示波器,我现在正在重新接线,全部重测对比一下。

下图示波器波形近7000转(带霍尔元件控制)
   CH1——BEMF A    5V/格
   CH2——BEMF B    5V/格
   CH3——BEMF C    5V/格
   CH4——PHASE A  50V/格

(原文件名:TEK0000.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2008-6-30 19:34:06 | 显示全部楼层
刚下载完成你的视频,竟然还有配音解说,够专业,哈哈
你的示波器不错,羡慕你,我只有个20Mhz模拟,还是借朋友的

有个办法可能可以帮助你分析问题:
首先改程序关闭所有MOS管,打开比较器逻辑,然后用外力带动电机匀速旋转【比如另一个直流电机】
这时仍旧会有感生电动势,如同发电机一般,但不会有PWM干扰,这时观察比较器输入输出波形比较清楚干净
输出应该是6步法标准120换向波形【见Grant大侠帖子中的图片】

另,你的示波器比较好,可以同时显示某一个比较的两个输入信号和一个输出信号,最好再加一个1khz参考方波

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-30 19:52:05 | 显示全部楼层
好,我马上做

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-30 21:07:50 | 显示全部楼层

(原文件名:TEK0001.JPG)

    用另一台流电机电机带动待测电机(待测电机没有电能供给,只有主动电机提供的机械力)匀速旋转,这时感生电动势正如feng_matrix所言没有PWM干扰,这时观察比较器输入输出波形比较清楚干净

   CH1——我做的模拟比较器板的输出 sensorless A
   CH2——我做的模拟比较器板的输出 sensorless B
   CH3——我做的模拟比较器板的输入 A相
   CH4——我做的模拟比较器板的输入 B相

下图则是将CH4通道换成标准1KHZ,5V的方波的波形图,供feng_matrix观察.要说明的是转速我来回动过,不一定是上图时的转速.不过从频率来看,差不多.


(原文件名:TEK0002.JPG)

再将各输入各输出都测了一遍,波形都是对称的.

下面是六步法的标准波形

(原文件名:68-2.jpg)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-6-30 22:27:56 | 显示全部楼层
个人认为做的模拟比较板没有问题,问题还是要看AVR493的代码上.各位大侠有什么高见吗?

出0入8汤圆

发表于 2008-7-1 00:23:57 | 显示全部楼层
Re 45楼
没看到你的消息,一般我看帖子只看总论坛的第一页,偶有会看第二页,基本不看三页以后的帖,估计是看漏了。
我想马达还是等等 xj_1232005测试看看吧。

最近也在了解电调,发现电调和工业用的BLDC马达驱动其实有很大的不同,虽然大家都是同一个目标驱动sensorless BLDC,但要求确实有些地方相反。看起来电调要求的是尽可能马达产生更高的转速、更高的力矩,基本上不太过分考虑能源效率;而工业、家电上用强调的是速度稳定,追求节能,低噪低振动,力矩适应负载能力强。最典型的例子就是白电里面变频空调的压缩机驱动。

我现在一直还只是在关注,只因不熟悉电调用的马达参数。之所以没有现在答复你是否需要借你的电机使用,也是因为我的硬件平台可能没有适合这个马达的工作电流。我只有两种功率平台,一个是IGBT驱动的,最大只能到10A,电压在36V以下;另一个MOSFET驱动220V,10A。都不太适合这个马达(看过你在51imx的帖子,知道电流你有上过40A)。

我自己有跑过的最高转速,驱动的马达是一个风扇,转速最大做到过1.2W转,工作在闭环模式。看过电流,还可以。就是因为带了扇页,1.2W转时声音大的吓死人,就没有在向上调了,估计还有一些空间。



Re 55  “ 但是方向一会顺时针,一会反时针。”
换相点没有找到,BEMF过零点失效,在重复启动? 不是有串口吗,将代码过零检测的相关参数通过串口送出来监视。

因为我不相信Atmel能将90PWM的sensorless BLDC驱动做好,所以没花时间去看这个的代码。看过应用笔记的内容,可惜写得太简单了,没找到多少有价值的东西。安装了Atmel配合调试用的Motor Control Center,感觉界面和可供配置的东西实在太小儿科了,与dsPIC、ST7MC、TI 2xxx的调试界面根本没得比。越发没兴趣看它的代码。  


sensorless情况下的问题.jpg和模拟比较器采得的反电动势波形(接地已接好).JPG很奇怪,前面没有加板BEMF没有尖冲,加个板就出现了?板的问题?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-1 06:15:13 | 显示全部楼层
可能我没能表述清楚,有毛刺的图是带霍尔元件来驱动电机,但是把模拟比较板的输入与电机的三相绕组并联,然后得到的模拟比较板的三个输出的波形。后来听feng_matrix的建议,将电机完全由另一个电机拖动,没有其他动力和电力输入,被拖动的电机的三相绕组接模拟比较板的的三个输入端,然后再观察模拟比较板的三个输出波形,也就是最后的两张图,就干净多了。从最后的两张图感觉模拟比较板应该问题不大,我想。不知对否?

出0入0汤圆

发表于 2008-7-1 15:37:06 | 显示全部楼层
to :  xj_1232005

是否能将模拟比较器电路的原理图贴一下?

出0入0汤圆

发表于 2008-7-1 20:08:20 | 显示全部楼层
我记得说PWM输出,如果设置到0,依然会输出一个1个时钟周期的脉冲,那个毛刺和这有关系么?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-1 20:37:19 | 显示全部楼层
to 【64楼】 feng_matrix
不好意思,打球刚归来.模拟比较器电路的原理图如下:

(原文件名:反电动势感应板原理图.JPG)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-1 20:56:03 | 显示全部楼层
R1-R9组成的电阻网络和德国人的电调一致的,多了C1/R10之类的滤波
可用示波器看看TP1、TP2、SENSORLESS B三点的同步波形

另外SENSORLESS A、B、C如何接MCU?是中断方式驱动吗?上升沿触发还是下降沿触发?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-2 02:01:33 | 显示全部楼层
to 【67楼】 feng_matrix

增加芯片的去耦电容以后,毛刺没有了.
不过电机在sensorless情况下仍然是动一会停一会.sensorless A,B,C接的是MC100的HALL A,HALL B,HALL C,再通过短路环接到了AT90PWM3B的PD7/ACMP0, PC6/ACMP1, PD5/ACMP2, 是中断方式驱动.触发方式是toggle触发,即状态变换就触发,如从高电平到低电平或是从低电平到高电平都会触发.所以不管是上升沿还是下降沿都会触发.

出0入0汤圆

发表于 2008-7-2 08:15:28 | 显示全部楼层
to:xj_1232005
这几天在看maxon的无刷,发现一个和你那个有毛刺的图很类似的图.

(原文件名:ourdev_332163.jpg)


(原文件名:无标题.jpg)

点击此处下载 ourdev_334505.pdf(文件大小:1.71M) (原文件名:08_Technik_kurzund_buendig_ec_26_29_e.pdf)

出0入0汤圆

发表于 2010-6-10 09:53:14 | 显示全部楼层
to 【31楼】 Alex_rcpilot

我做过的BLDC系统都是给定转速指令(rad/s)控制电机旋转的,有速度闭环控制。因此PWM占空比不是我说了算,而是指令转速决定的。也就是说只要母线电压在允许范围内,不管电源电压具体是多少,我给定一个目标转速,电机都会始终维持在那个转速下工作


你好Alex_rcpilot,来晚了,给个联系方式好吗?我做的电机功能要求和你上面所说的一样,想请教几个问题?
我的电机要求转速在400至10000内工作,我在指定转速的时候误差在150转左右,再调速就会出现振荡了,
看到别人的可以做到60转以内,不知你是怎么做到的始终维持一个速度的,
感觉电机速度闭环不好搞,有这方面经验的给点见意吧

出0入0汤圆

发表于 2010-7-31 10:47:54 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-9-3 17:51:35 | 显示全部楼层
好贴,现在没时间看

出0入0汤圆

发表于 2011-9-29 14:10:10 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-10-8 14:51:12 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-11-10 09:53:20 | 显示全部楼层
mark
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