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ARGOMENTO: PWM e motori

PWM e motori 4 Anni 6 Mesi fa #6

  • Mauro Laurenti
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Ciao Chuck,

non conosco la relazione matematica corretta per il calcolo del valore ottimo, ma se non hai il datasheeet del motore, non ne usciresti comunque fuori. Dovrei rivedere la teoria dietro.

In ogni modo la frequenza massima del PWM non deve essere superiore a quella supportata dal ponte H scelto, altrimenti rischi di avere il corto dei rami.
Questo e' un vincolo sul valore massimo della frequenza PWM.

La risoluzione che vuoi ottenere del PWM, che e' in relazione diretta con la frequenza del clock usato per il modulo PWM e la frequenza del PWM stesso, pone anche un vincolo sulla frequenza massima.

Un valore empirico lo potresti calcolare misurando la corrente che fornisci al motore (sistema), fissi un valore del Duty Cycle e controlli il numero di giri del motore. Al variare della frequenza del PWM osserverai valori per i quali il numero di giri aumenta, pur mantenendo il valore del duty cycle costante. Allo stesso aumenterà la corrente visto che trasferisci maggiore energia al motore.
Questa misura presuppone che tu stia nella zona in cui il ponte H lavora correttamente, ovvero con frequenze di commutazione inferitori a quella massima.

Saluti,

Mauro
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Ringraziano per il messaggio: Chuck_Norris

PWM e motori 4 Anni 6 Mesi fa #7

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Ciao Chuck, rispondo alla tua domanda con la risposta che ha dato astrobeed (che conosco personalmente e che spero di rivedere al prossimo Officine Robotiche 2015) ad una persona che faceva la tua stessa domanda:


"Questa è una domanda alla quale è impossibile rispondere in modo esauriente in poche righe, si tratta di un argomento molto complesso, vasto e sopratutto richiederebbe una trattazione matematica di alto livello.
Purtroppo il valore della frequenza per il PWM è un argomento che spesso e volentieri vuoi per "ignoranza" vuoi per "presupposta saccenza" o per informazioni errate lette su dei siti viene totalmente sottovalutato o peggio ignorato.
Fortunatamente il valore ottimale della frequenza è compreso tra due limiti tra loro abbastanza distanti ed è abbastanza facile rimare dentro la curva di funzionamento non critico, lavorare al di fuori di questi limiti porta ad una bassa efficienza nel trasferimento della potenza e al rischio di "friggere" il motore oppure il driver di potenza.
Il limite minimo di frequenza dipende principalmente dalla costante di tempo del motore che dal punto di vista elettrico è equivalente ad un circuito RL, cioè un filtro passa basso.
Per il calcolo della costante di tempo occorre conoscere il valore della resistenza ohmmica degli avvolgimenti e dell'induttanza, parametri che nei motori normalmente usati nelle applicazioni amatoriali sono sconosciuti e irreperibili, in teoria sono misurabili ma occorre possedere un preciso milliohmmetro e un misuratore di induttanza, strumenti che normalmente un amatore non possiede, scordati di misurarli con un normale multimetro.
Ipotizzando di conoscere la costante di tempo la frequenza minima del PWM è pari a 20 diviso la costante di tempo moltiplicata per 2 pi greco.
Dato che la costante di tempo dei DC normalmente usati nelle applicazioni amatoriali vale frazioni di ms ne consegue che la frequenza minima è sempre superiore a 6-7 kHz.
Il limite superiore è determinato da due fattori, il valore dell'impedenza del motore e dallo slew rate dei finali del driver di potenza, nel primo caso se l'impedenza diventa troppo alta (è legata alla frequenza) non si riesce più a trasferire la potenza, nel secondo caso si rischia di aprire un ramo del ponte H quando quello opposto non si è ancora chiuso (= cortocircuito).
Spero di essere stato abbastanza chiaro, per finire ti dico che con i motori DC normalmente usati in robotica amatoriale il range di frequenza per il pwm è solitamente compreso tra 8kHz e 22kHz, usare 10kHz è un buon compromesso.
Volendo è possibile trovare sperimentalmente il valore ottimale per il proprio motore, però devi essere in grado di misurare con buona precisione la velocità di rotazione (encoder o contagiri) e la corrente assorbita.
Facendo girare il motore a giri costanti pari alla metà di quelli massimi con un carico costante, p.e. un elica, si misura la corrente assorbita sia sulla batteria che sul motore variando la frequenza, troverai una zona abbastanza lineare dove i due valori sono più bassi che alle altre frequenze (= maggiore efficienza).
Attenzione che se mentre sali di frequenza vedi la corrente del motore calare mentre aumenta quella dal lato batteria significa che il ponte H è al limite, i due rami stanno andando in corto durante le commutazioni, pertanto fermati subito altrimenti bruci i finali di potenza."


Spero di esserti stato indirettamente d'aiuto (grazie ad astrobeed :)

Marcello
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Ringraziano per il messaggio: Chuck_Norris

PWM e motori 4 Anni 6 Mesi fa #8

  • Chuck_Norris
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grazie ad entrambi. Capisco che è un argomento molto ampio ma se non si sa nemmeno dove andare a parare può essere un problema ma grazie a voi, il quadro è più chiaro e so cosa cercare per approfondire.

Solo una cosa, avete parlato di filtro passa basso RL ma non mi torna. Quando l'induttanza è in parallelo al carico (o in questo caso è il carico stesso) non si parla di passa alto? :lol:
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PWM e motori 4 Anni 6 Mesi fa #9

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Ciao Chuck... potrei sbagliarmi ma, a giudicare da quello che mi ricordo come ex CB ed a ciò che facevo per non disturbare le televisioni altrui durante i collegamenti, credo che tu abbia ragione: i filtri con la capacità in serie e l'induttanza in parallelo vengono chiamati passa alto mentre quelli con l'induttanza in serie e la capacità in parallelo vengono chiamati passa basso. Questi filtri sono usati sia per la bassa frequenza sia per la radiofrequenza ma le tipologie tipiche sono due: pi-greco e T (che, se mi ricordo bene, vengono anche generalizzati con il nome di filtri passabanda)... la loro frequenza di taglio va generalmente da 10 Hz a 100 KHz.


Marcello
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PWM e motori 4 Anni 6 Mesi fa #10

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E' semplice basta ricordarsi quelli RC e poi fare il complementare per le induttanze. Un filtro passa basso con resistenza e condensatore ha la resistenza in serie al generatore e la capacità in parallelo al carico. Per forza di cose un filtro con la stessa conformazione e con induttanza al posto del condensatore deve essere passa alto. Però magari state considerando l'uscita altrove, per questo ho espresso il dubbio.


Poi è anche una questione logica perchè se il sistema batteria-driver-motore ha 2 frequenze di taglio, una alta che dipende dal ponte H (e quindi fa da passa basso) e una bassa che dipende dal filtro RL, per forza deve essere passa alto, altrimenti non esisterebbe questa frequenza "minima" :lol: Dico scemenze?
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