Geschwindigkeit messen an Potentiometer

[BlueNature]

Servus!

Ich hab mal wieder etwas das nach einer Idee oder Lösung verlangt. Es geht um einen Mehrgangpotentiometer der in seiner Drehgeschwindigkeit gemessen werden soll. Softwareseitig kam ich im niederen Drehzahlbereich auf keine Lösung. Der Potentiometer ist am ADC eines ATMEGA8 angeschlossen und soll nicht nur die aktuelle Position sondern eben auch die Geschwindigkeit ermitteln.

Vorweg: Es ist kein Platz für Incremental und Reflexionslichtschranken die am Motor selbst abgegriffen werden könnten da es sich hierbei um einen RB35 handelt. Ich habe weiterhin noch einen Analogeingang frei den ich verwenden kann. Ich brauche im 10ms-Takt eine Änderung in diesen 10ms als Wert oder Spannung. Der Spannungsanstieg muß bis ca. 360sek pro komplettem Weg des Potentiometers (der Spannung) messbar sein mit über 40mV.

Versuche mit Aufbau eines OpAmp's als Differnziator geschaltet der die Steigung der ADC-Spannung messen soll war nicht schlecht von der Idee her, aber erzeugt eben nur ein übles Rauschen im Ausgangssignal da er natürlich auf alles was kommt übelst reagiert.

Wenn jemand Ideen oder Anregungen hat oder auch evtl. eine Schaltung weiß die das realisieren kann mit wenig Teilen wäre ich sehr dankbar.

Grüße Wolfgang

[Ratber]

Was ist mit dem rückwärtigen Wellenende des Motors ?
Schaut da was so 2-3mm raus ?
Is da noch platz für ein kleines Transistorgehäuse ?

[BlueNature]

@ Ratber

Das rückwärtige Wellenende ist nicht brauchbar, habe da fast den Motor zerstört, ist eine Blende darüber die das Gegenlager bildet. Vorne im Getriebe komme ich auch nicht ran.

War noch am tüfteln für ne Delta U-Schaltung, ich kam bisher mal auf folgende Variante:

http://www.mds-5.de/temp/PotSpeed.gif

Das ist evtl. eine Möglichkeit die ich noch nicht probiert habe, aber irgendwie ist es dennoch zu groß aufzubauen. Das soll alle 10ms einen Puls machen bei dem die Kondensatoren umgeladen werden. Vor dem Puls die Delta-Spannung messen. Gerechnet habe ich es auf 0V Differenz bei Uref/2, hoffe ich hab da nicht allzugroße Denkfehler. Wenn das so OK ist in der Idee gefällt mir der CD4066 nochh nicht so gut, das müßte irgendwie kleiner gehen, sind ja nun für diese Teilschaltung auch schon ordentlich viele Teile. HAb in der Letzten OpAmp-Stufe ne benötigte Verstärkung bei ca. 150 um das Signal auf Uref zu bekommen. Das Spannungsdelta ist bei niederster benötigter Geschwindigkeit bei 0,0738mV/10ms, das löst mir der AD-Wandler gerade noch alle 0,35 Sekunden auf bei der Geschwindigkeit wenn ich aus der Position bei 10-Bit holen müßte ohne Fehler gerechnet. So habe ich dann bei 2,6mV/Einheit des ADC's mit der niedersten Geschwindigkeit 11mV was ich mit einen ADC-Wert von 4 auflösen könnte. Denke so ist das besser.

Grüße Wolfgang

[Ratber]

Ich verstehe worauf du hinaus willst.

Den Wert in einer S/H Stufe Speichern und dann schlagartig alle 10ms auf den Akktuellen bringen.
Die dann relativ schnelle änderung soll dann entsprechend stärkere Impulse bringen um das Signal/Rauschverhältnis zu verbessern.

1A und 1B sind nur Impedanzwandler ,2B Endverstärker mit Bezug auf die Referenz.
2A macht die Hauptarbeit.
C1 und C2 stellen letzten und Aktuellen Wert dar.


Sieht vom Prinzip her ganz gut aus und könnte auch so funktionieren.
Bau einfach mal auf und schau was rauskommt.
Die Bauteilwerte sind ja eh erstmal nur Provisorisch und können noch angepasst werden soweit ich das jetzt Pi*Daumen überfliege (Rein aussem Gefühl)



Zur Größe

Die Opamps kann man auch durch einen Quad ersetzten das spart platz.
Wenn die Erhöhung nur in eine Richtung geht könnte schon ein Fet reichen.
Damit ist ein Chip gespart bzw. mal nach einem einzelnen Switch suchen.
Ja und das ganze dann als SMD dürfte so in etwa den Platz einer Briefmarke einnehmen.Bei Doppelseitigem Layout noch kleiner.
Drumrum eine bzw. Zwei Schirmbleche und dann kannste den Käfersarg irgendwo zwischenklemmen.


Alle Angaben ohne Pengpeng natürlich. :mrgreen:

[BlueNature]

Danke für die flotte Antwort zu dieser Zeit

Die Quads hab ich auch schon im Auge gehabt, mir giengs aber darum mit 0V udn 5V auszukommen weil ich nicht noch extra neg-Spannung generieren wollte. Das mit dem MOS-Schalter war mir auch klar, aber hab mal irgendwo was kleines gesehen mit 8 Beinchen das auch ein einfacher 4066 ist, das wäre schon viel Aufwand weniger. Und Schirmblech ist wohl nötig denk ich mal wegen dem Motor der doch recht viel PWM verbreitet. Muß eh einseitig machen weil ich mit doppelseitigen Platinen einfach zuviel Verschleiß habe bei Ätzen.

Habs nun einseitig hinbekommen wie in der Schaltung, hofe ich kanns mal demnächst irgendwie ätzen und zusammenbauen.

http://www.mds-5.de/temp/PotSpeed2.gif

Grüße Wolfgang

[Ratber]

Ja,wie gesagt,probier erstmal ob es so geht und nen Brauchbares Signal kommt.

Ok,ich kneif mal ab und geh auf die 2m.

[Fritzli]

Hallo

Vielleicht habe ich da jetzt was überlesen, aber wie wärs mit rein digital?

Da du sowieso die Spannung (Position) misst, könntest Du doch mit konstanter Frequenz (oder eben getriggert) abfragen und dann jeweils im uC die Differenz=Geschwindigkeit bilden(?)

Gruess
Fritzli

[Manf]

Den C1 sollte man noch mit einem Widerstand zu einem Tiefpass gegen Schleiferrauschen ergänzen (mindestens 10ms, besser auch vor IC1A).

Abtast- und Haltekondensator C2
Abtasten: Der 4066 hat bei 5V:
270Ohm-1050Ohm On Widerstand.
Das ist mit C2=100nF, tau = 27µs- 105µs.
Abtastdauer >2-3 tau scheint (nach Bild 1ms) o.k.

Haltedauer tau 100nF * 200kOhm =20ms
-> Entladung für eine halbe Zeitkonstante ergibt deutliches Störsignal.

Die Schaltung erscheint mir zu kompliziert zum Differenzieren eines Signals. Es ist sicherer die Störungen beim einfachen Differenziator finden und zu eliminieren.

Hier wird zwischen dem idealen und dem realen Differnziator unterschieden:
http://www.ee.nmt.edu/~wedeward/EE212L/SP04/lab09.html
Manfred

http://images.google.de/images?q=tbn:8d1P7i9-BZIJ:http://www.ee.nmt.edu/~wedeward/EE212L/SP04/lab9fig2.gif

[AVRFregle]

Moin,
wie sieht denn deine Software routine aus mit der du den Wert ermittelst der Analog anliegt. Ich habe ähnliche Probleme mal bei einer Motorfader Ansteuerung und Abfrage gehabt. bin dann auf softwaremäßige Interpolation gegangen und habe den ADC mittels Timer gesteuert.
Vielleicht einen Versuch wert.
Gruß Thorsten

[BlueNature]

Vielleicht habe ich da jetzt was überlesen, aber wie wärs mit rein digital?
Da du sowieso die Spannung (Position) misst, könntest Du doch mit konstanter Frequenz (oder eben getriggert) abfragen und dann jeweils im uC die Differenz=Geschwindigkeit bilden(?)

Gerade das macht bei mir keinen Sinn, inder Uneren Drehzahl macht es keine Auflösung mehr. Ic hmuß den aktuellen Drehzahlwert in 10ms erfassen, das geht mit 10-Bit ADC nicht mehr, dafür bräuchte man theoretisch einen 16-18-Bit DAC! Win AVR hat so etwas aber nicht und kann per Soft nur noch über eine Sekunde verrrunden was nie mehr ein Aktuelles Ergibniss bringen würde weil es schon lange nicht mehr interessant ist, brauch im Delta t 10ms den Drehzahlwert, nicht nach 1 Sekunde.

@Manf, das mit dem Tiefpass existiert grundlegend schon mit einem relativ großen Kondensator von 10µF und parallel 100nF von Schleifer gegen GND aus meiner eh schon fertigen Positionsmessung. Die ist wirklich sauber im Signal (mit Oszi gemessen). Das mit dem Innenwiderstand des 4066 ist nicht weiter schlimm, wenns nicht reichen sollte bei dem Puls die Ladugn rüberzubekommen muß ich eben 4 der im Baustein eh vorhandenen Analog-Schalter parallelisieren, dann kann ic hauch größere C vorladen was ein höheres Tau bringen sollte. Muß ich aber auf Teile warten da ich eben nicht alles auf Vorrat dahabe und erst mal die nötigen Teile zusammentragen muß :(

Grüße Wolfgang

[BlueNature]

Moin,
wie sieht denn deine Software routine aus mit der du den Wert ermittelst der Analog anliegt. Ich habe ähnliche Probleme mal bei einer Motorfader Ansteuerung und Abfrage gehabt. bin dann auf softwaremäßige Interpolation gegangen und habe den ADC mittels Timer gesteuert.
Vielleicht einen Versuch wert.

Das mit Soft kann man alles vergessen, ist die Spannungsänderung zu gering, interpoliert bekomme ich es hin, aber ich kann mit der Information wenn sie zu alt ist nichts mehr anfangen, muß innerhalb 10ms reagieren im Drehzahlregelkreis.

Grüße Wolfgang

[Manf]

@Manf, das mit dem Tiefpass existiert grundlegend schon mit einem relativ großen Kondensator von 10µF und parallel 100nF von Schleifer gegen GND aus meiner eh schon fertigen Positionsmessung. Die ist wirklich sauber im Signal (mit Oszi gemessen). Das mit dem Innenwiderstand des 4066 ist nicht weiter schlimm, wenns nicht reichen sollte bei dem Puls die Ladugn rüberzubekommen muß ich eben 4 der im Baustein eh vorhandenen Analog-Schalter parallelisieren, dann kann ic hauch größere C vorladen was ein höheres Tau bringen sollte. Muß ich aber auf Teile warten da ich eben nicht alles auf
Noch mal kurz:
Der Abtastwert soll den Wert der Änderng innerhalb der 10ms repräsentieren. Dazu sollte man einen Tiefpass von etwa 10mS einsetzen, der sich in der Zeitkonstanten auch mit der Potistellung nicht zu sehr ändert.
Ein "realer Differenziator" (siehe Link) sollte damit genau diese Aufgbe optimal lösen können. Die übrigen Komponenten kann man auch bei anderer Gelegenheit mal wieder einsetzen. (Ich hoffe das war jetzt nicht zu deutlich. 8-[ )
Manfred

The ideal differentiator is inherently unstable in practice due to the presence of some high frequency noise in every electronic system. An ideal differentiator would amplify this small noise. For instance, if vnoise = Asin(wt) is differentiated, the output would be vout = Awcos(wt). Even if A = 1mV, when w = 2p(10MHz) vout would have an amplitude of 63V! To circumvent this problem, it is traditional to include a series resistor at the input and a parallel capacitor across the feedback resistor as shown in figure 2, converting the differentiator to an integrator at high frequencies for filtering.

[BlueNature]

Servus Manf,

Das Problem ist, ich habe den Theoretischen Differenziator ja gestern aufgebaut, war mein erster Gedanke daran. Hat aber bei den kleinen Delta-U eben nur noch zu wildem Rauschen geneigt egal was ich davor an Tiefpass und danach an Tiefpass geschalten habe. Das hat am Oszi schon wirklich mies ausgesehen und am DAC wirds nicht besser werden da er noch sensibler reagiert auf unsaubere und hochfrequente analoge Signale mit Spikes. Mit einem Doppel-OpAmp als Schaltung wärs mir auch lieber gewesen :(

Grüße Wolfgang

[Manf]

den Theoretischen Differenziator ja gestern aufgebaut, war mein erster Gedanke daran.

ideal differentiator is inherently unstable in practice
ideal differentiator <-> real differentiator
Das ist ja der Unterschied, besser als mit dem "real" kann es aber mit dem Abtaster nicht werden.

Na gut, das andere Thema ist das Poti:
Es gibt 10Gang Potis mit 2000 Windungen, das heißt 2000 Stufen die auch mit dem Oszilloskop, AC, hohe Empfindlichkeit sichtbar werden. Es gibt welche mit ein paar mehr Windungen und welche mit Ausgleichs Widerstandsmaterial zwischen den Windungen. Die Forderung mit 360sek/10ms geht ja in Richtung einer Auflösung von 36000 was bei einfachen Potis auf grundsätzliche Schwierigkeiten stößt.
Hast Du Dir das Poti schon einmal daraufhin angesehen?
Manfred

[BlueNature]

Servus Manf,

ich hab ein Poti aus dem Messbereich genommen, ist von Helipot, die blauen 10-Eurodinger von Reichelt von (Fa. Bourns) waren nicht so gut, hängt wohl damit zusammen das diese Potis einen internen Wicklungsdraht haben der spiralförmig um den Draht gewickelt ist der sich in 10 Windungen im Poti befindet und daher zu große Wertesprünge erzeugt. Der Helipot arbeitet auf Ölbahnen mit richtigem Schleifer und Gleitbahnen.

Aber den Diffferenziator bau ich nochmal auf, einen LM358 hab ich ja da von gestern. Dann kann ich mal Messkurven fahren die mehr Aussagekraft haben als Diagramme.

Grüße Wolfgang

[BlueNature]

Servus, hab nun die Versionen gebaut, einmal die S&H, die ist nicht brauchbar gewesen da die LM358 einen zu großen Offsetfehler machen und damit auch die Differenz zu sehr Hysteresen aufweist. Der CD4066 hat bei der Umladung auch bei Dauerkontakt immer ein Spannugnsdelta von ca. 6-7mV was auch zuviel ist. Außerdem hatte ich eien Fehler gezeichnet an IC2A, da ist Plus und Minus vertauscht gewesen.

Die Variante mit dem Differenziator ist auch mit 2-Stufigem Tiefpass in OpAmp-Technik nicht besser geworden, habe einen Integrator in der 2. Stufe realisiert, das Grundrauschen ist viel zu hoch.

Bin nun an einer ganz anderen Variante weitergekommen durch einen Tip von jemandem, messe die Drehzahl jetzt geberlos und hat ganz praktikable Ergebnisse errecht.

Danke noch für eure Mühe.

Grüße Wolfgang

[Ratber]

Ja,du meinst vermutlich das Gegen-EMK.
Wollt ich auch vorschlagen aber du sagtest ja das Platzmangel besteht und bei PWM wird es sehr schwierig überhaupt noch was verwertbares zu bekommen so das der Aufwand steigt..

[BlueNature]

Servus Ratber,

Ich habe einen Shunt verwendet, eine RC-Kombination und den einen L358 als OpAmp mit Integrationsanteil, damit hab ich wirklich gute Stromwerte und auch die Bordnetz-Spannung ist vermessen und immer mitberechnet. Bin mir nur nicht ganz sicher ob das meinem Drehzahlregelkreis noch reicht, Die Istdrehzahlen kommen jedenfalls gut

siehe: http://www.mds-5.de/temp/ipo1.gif (Reihe 4)


Grüße Wolfgang

[Ratber]

Also einfach Motorstrom ?


Is abhängig vonm Masse,Steigung
Fahr mal bergab/-auf dan verschiebt sich das ganze.


Oder doch anders ?

[BlueNature]

Nein nicht einfach Motorstrom, das ist ein Poti gewesen als Test (deswegen die Sollpos-Sprünge) das den Sollpos vorgibt einer horizontal-Drehachse mit 1800Ncm und einer Masse bei 4,8kg. Zudem nur eben der Pos-Regelkreis aktiv, der DZ-Regelkreis ist zwar fertig, aber eben wieder ausgeklemmt.

Grüße Wolfgang

[Ratber]

Ne,jetzt bin ich sozusagen ausserhalb vom Bild. :-k

[BlueNature]

Servus Ratber,

Ich habs jetzt mal ordentlich als saubere Formel geschrieben ws ich genau mache, das ist so wirklich genau und denke die beste Lösung gewesen für das Problem.

http://www.mds-5.de/temp/nistformel.gif

Grüße Wolfgang

[Ratber]

Hehehe,ja meine Verwirrung ging eher in richtugn Verwendete Schaltung aber so kann man es auch erklären.

Bilderrahmen ist wieder da wohin er gehöhrt