Allgemeine Motorfrage

[kein0r]

Hallo zusammen

Ich habe hier ein Problem mit meinen Motoren. Diese werden über eine H-Brücke betrieben. Die Linke Seite der H-Brücke bekommt dabei das invertierte (PWM) Signal der rechten Seite.
Soweit geht alles gut. Das Problem ist nun das der Motor in die eine Richtung "besser" (schneller, mehr Drehmoment) dreht als in die andere. Ist das normal? haben DC-Motoren sowas wie einen bevorzugten Drehsinn? oder leigt es an der Art der Schaltung?

Das ganze äusert sich z.B. wenn ich mit zwei parallelen Rädern vorwärts fahren will und den einen Motor mit 40% Duty Cycle und den anderen entspr. mit 60% Duty cycle betreibe. Der Roboter fährt dann immer einen Bogen.

[goara]

hmm, also ne bevorzugte drehrichtung gibts normal nicht.. kann allerdings sien das das getriebe in eine richtung irgendwie besser läft.. sollte aber nicht so sein
und die h bruecke is ja eigentlich total symmetrsich aufgebaut, sollte also keinen grung geben weshalb sie in eine richtung mehr schaltet als andersrum..
vertausch doch mal die polung am ausgang der h-bruecke zum motor, dann siehst du ja an wem von beiden es liegt..

[sigo]

Es gibt DC-Motore, die für eine Drehrichtung optimiert sind.
Oder der Motor ist schlecht justiert bzw. hat hier Toleranzen.
Wenn der Kollektor im falschen Moment umschaltet, ist das etwa so, wie wenn man bei einem Verbrennungsmotor den Zündzeitpunkt verstellt.
Die meisten DC-Motor sind aber symmetrisch. Bei Lüftermotoren, die ja für eine Drehrichtung gemacht sind, kann es manchmal anders sei..

Sigo

[Manf]

... Das ganze äusert sich z.B. wenn ich mit zwei parallelen Rädern vorwärts fahren will und den einen Motor mit 40% Duty Cycle und den anderen entspr. mit 60% Duty cycle betreibe. Der Roboter fährt dann immer einen Bogen.
Das heist ja erst einmal nur, dass die beiden Motoren nicht gleich und symmetrisch zur Drehrichtung sind. Eine Streuung unter Motoren gibt es sicher auch.
Manfred

[kein0r]

Danke zunächst mal für die Antworten. Die Motoren sind (sollten) gut sein. Es sind Faulhaber Motoren.

Die Frage ist nun warum laufen die unteschiedlich. Kann es daran liegen das ich das PWM Signal für die linke Hälfte der H-Brücke durch einen inverter erzeuge? Die linke Seite hängt somit immer ein bischen, um die Gatterlaufzeit des Inverters, der rechten nach.

Edit:
Die PWM Frequenz liegt bei ca 90kHz und als Inverter habe ich ein 74LS04 verwendet.

[Klingon77]

hi,

könnte es sein, daß Du mit dem Inverter auch das Verhältnis des PWM-Signals umkehrest?

Wenn Du bei beiden Motoren exakt 50% einstellst, sollten sie zumindest annähernd gleich schnell laufen.

Hast Du ein Oszi? mal direkt an den Motoren abgreifen und nach hinten weitermessen.

Oder ein Voltmeter? auch an die Motoren dranhängen und messen.

Insbesondere die Stellen vor und hinter dem Inverter wären interessant.

Gruß, Klingon77

[sigo]

Die PWM Frequenz liegt bei ca 90kHz und als Inverter habe ich ein 74LS04 verwendet.

Hallo,

90kHz erscheinen mir etwas hoch. Ohne besondere Anforderungen, die das evtl. erfordern würden, würde ich die PWM bei 16-25kHZ ansiedeln. Damit sparst du schon eine Menge Schaltverluste.

Bei 90kHz beträgt die Periodendauer 11µs.
Wenn du dann eine 8-Bit-PWM hast, kommst du auf nur noch 11/255µs, also irgendwas mit 44ns, pro digit.
Eine typische hinreichend schnelle MOSFET Brücke würde mit ca. 100-200ns schalten. Das wäre genug für 15kHZ. Bei 90kHz müsste sie noch ein gutes Stück schneller sein, um die 8 Bit PWM Auslösung wirklich nutzen zu können.
Der 74LS04 ist nicht gerade der schnellste Baustein. Ich hab die Gatterlaufzeiten vergessen. Aber das könnte zumindest schon was bewirken.

Ich würde erstmal die PWM-Freqzenz, falls möglich, auf 10-20kHz senken. Dann würde das Timing nicht mehr so kritisch sein. Abgesehen davon sparst du ne Menge Schaltverluste.

Sigo

[Manf]

Für die PWM Frequenz ist die Zeitkonstante des Motors wichtig, wie groß ist denn die Induktivität und der Widerstand?
Manfred

[kein0r]

Die PWM Frequenz müsste eigentlich rund 150kHz betragen. Dies geht aber nicht, da ich sonst zu viele Störungen auf dem USB Bus habe.
Der Motor hat einen Innenwiderstand von 0.15Ohm(!), die Anschlussinduktivität ist 30uH und zusärtlich hat der Motor ein sehr kleines Ankermoment.

@sigo
Ich habe ein 9Bit PWM mit ca93kHz. Der Verwendete Chip (L6384, siehe auch Link weiter unten) sollte dies zusammen mit den FETs (IRZF 44ns) eigentlich können.
Ich habe zwei Möglichkeiten bei der Wahl der PWM Frequen: Entweder der Motor wird warm (eher heiss) bei geringer Frequenz oder die FETs werden heiss bei hoher Frequenz (150kHz). 90kHz schien mir da ein guter Mittelding.
Ich werde die beiden PWM Signale mal mit dem Osziloscope messen und ein Bild posten.

@Klingon77
Ich glaube nciht das ich das PWM Verhätniss umdrehe (siehe Anhnang). Bei 50% sollten die Motoren eigentlich still stehen.

Ich hänge die Ansteuerung an dieses Post an (es ist ein 74ls04 zZ anstelle des 74HCT14 drin). Dien Aufbau der H-Brücke kann man hier https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=29874 sehen.

[kein0r]

Noch etwas zu den Zeiten. Das PWM Signal hat 93kHz also 11uS. Wenn ich 10% einstelle bedeutet dies alle 1uS ein Schaltvorgang.
Eine 74ls04 sollte laut Wikipedia mit 10nS schalten können, also fast 10 mal schneller.
10 FETs haben eine t_on von 12ns und ein t_off von 44nS. Der Treiberbaustein kann laut Datenblat bis 400kHz betrieben werden.

[Manf]

Die elektrische Motorzeitkonstante liegt ja dann bei 200µs, mit dem gleichen Widerstand in der Brücke vielleicht bei 100µs.
Die PWM Frequenz sollte dann über 30kHz liegen.

Man kann die Brücke mit PWM auch richtungsabhängig und mit slow decay schalten wenn die Zeitkonstante des Motors recht klein ist :
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Chopper_Betrieb

[kein0r]

so anbei nun die Bilder vom Osziloscope (siehe Kommentare). Die Duty Cycle (%-Angaben) stimmen nicht so ganz. Es wurde ohne Motor gemessen.

Edit: Die Boardsoftware hat die Bilder leider in umgekehrter Reihenfolge gespeichert, also bitte Bilder von unten nach oben ansehen

[kein0r]

Die elektrische Motorzeitkonstante liegt ja dann bei 200µs, mit dem gleichen Widerstand in der Brücke vielleicht bei 100µs.
Die PWM Frequenz sollte dann über 30kHz liegen.


ok, ich werde es mal versuchen, jedoch wurde bei vorherigen Versuchen die Motoren dabei recht warm.