Sensorlose Drehzahlmessung möglich?

[Madgyver]

Das Magnetfeld bricht wesentlich früher zusammen und die Spannung tritt während des Zusammenbruches auf.
Sofort nachdem die ON-Phase des PWM signals sich ausgeschgaltet hat, kann man die induzierte Spannung messen. Diese macht sicht als kleiner Peak am ende jedes Blockes bemerkbar. Diese Peaks sind aber so schmal, dass man sich schon eine wirklich gute methode ausdenken muss um diese zu messen.

[Manf]

In eine bestehende PWM-Regelung mit einem L298 wird für einige Millisekunden der Enable-Eingang des L298 gegen LOW gezogen. Die Ausgänge des L298 sind meines Wissens dann hochohmig. Der Motor dreht dann aufgrund seiner Trägheit aber noch weiter. Nun müssen wir eine gewisse Zeit warten, damit sich die bestehenden Magnetfelder abbauen können (Dauer unbekannt – erster Ansatz 1ms). Dann wird mit einem Differenzialverstärker die Spannung gemessen die am Motor induziert wird (erste Ansatz 10ms). ...
Wie würdet ihr an die Sache herangehen?

Du kannst Dir ja einmal ansehen, was bei PWM wirklich abläuft, welche Periodendauer der PWM zu welcher elektrischen Zeitkonstante passt.
Bei den beiden Spannungen die bei PWM abwechselnd an den Motorklemmen anliegen (Quelle und Freilaufdiode) wird der Strom größer und kleiner, manchmal bei kleinen Mittelwerten treten auch Lücken auf ("lückender Betrieb").

Die Spannungen die zusammen die Klemmenspannung des Motors ergeben sind die induzierte Spannung, der Spannungsabfall des Stroms am Wicklungswiderstand, die Spannung an der Induktivität der Motorwicklung aufgrund der Stromänderung (und die Spannung an den Kontaktbürsten die bei guten Motoren klein sein soll).
Manfred

[BoogieDave]

Hallo
ich bin auch gerade an dem Thema sensorlose Drehzahlregelung interessiert. Mein Ansatz ist folgender:
Wenn man den Stromverlauf (eines Gleichstrommotors) aufm Oszi anguckt sieht man eine periodische Schwingung, deren Frequenz proportional zur Drehzahl sein müsste. Diese Schwingung resultiert meines erachtens aus der EMK beim Spulenwechsel im Kommutartor. Es gibt eine Kurze Stromspitze, die aus dem Abrissfunken bei unterbrechen der "alten" Spule resultiert und dann eine Rampe die vom Aufbau des Magnetfeldes um die "neue" Spule herrühert. Wenn ich den Motor belaste, geht auf Grund der verringerten Drehzahl Frequenz runter und durch den höheren Laststrom die Amplitude hoch. Wenn man nun das Signal entkoppelt entsprechend aufbereitet (Clipper, Filter, Trigger), dann müsste man daran ideal die Drehzahl messen können. So bringt ein RB35 Motor bei 12 Volt unbelastet ca. 300 Hz und wenn er gerade noch so unbelastet läuft ca. 80 Hz.

Mein Problem ist nun die PWM. Wenn ich die PWM von unserem µC-Board nehme, die mit 80 Hz arbeitet, überlagern sich im niedriegen Drehzahlbereich die Frequenzen so, dass ich kein Drehzahlsignal heraus bekomme. Mein Lösung wäre jetzt eine "hochfrequente" PWM zu nehmen, die z.B. auf 5 kHz arbeitet. Die Frequenz kann man denn gut rausfiltern, dass man nen sauberes Drehzahlsignal bekommt.
Was meint ihr dazu? Könnte das klappen?

[sigo]

Boogie, wenn du eine 5kHz - PWM nimmst, fließt ein fast konstanter Strom durch den Motor, da dieser bei einer Induktivität bekanntlich pertout nicht springen möchte. Du wirst von der PWM kaum noch was im Strom sehen.. Aber wenn der Motor kommutiert, passiert ja was mit der Indktivität und dem Widerstand, sodass es einen kurzen Sprung im Strom gibt, weil die "frische" Wicklung ja noch nicht gesättigt ist.

Ich denke, dass man bei einer 5-15kHz PWM die Kommutierungsfrequenz mit geringen Aufwand aus dem Strom extrahieren kann.. solange die Bürsten gut sind, nun nicht "feuern".

sigo

[BoogieDave]

Ich hab die Schaltung gestern erstmal aufgebaut und nen bissl rumgerechnet. Ich hab mit ner PWM-Frequenz von 15-30 kHz gearbeitet. Diese ist bei meinem Aufbau relativ unkritisch, da ich nen aktiven Tiefpass mit ner Güte von 2,3 auf 1,88 kHz habe um die PWM rauszufiltern. Nach dem Filter und nem Verstärker bekommt man mit nem Schmitt-Trigger mit geringer Hysterese sogar im niedrigen Drehzahlbereich sehr saubere Pulse.
Also es funktioniert

[jeffrey]

Hi,
kannst du deine Schaltung und deine Messergebniss hier bitte veröffentlichen?
Gute Nacht Jeffrey

[frank-findus]

Hab ich auch schon drangedacht, so eine "Follow me" Funktion, das Ding bleibt immer 10m hinter einem.

Witzig. Und wenn man drauf zu geht, fährt es weg - es soll ja Abstand halten

Ok, zum Motor. Könnte man nicht über einen Hochpass direkt am Motor die Störimpulse vom Bürstenfeuer auskoppeln und zählen? Ich bin sicher, die korrellieren gut mit der Drehzahl ...

Frank

[BoogieDave]

Hi,
kannst du deine Schaltung und deine Messergebniss hier bitte veröffentlichen?
Gute Nacht Jeffrey

Ich könnte die Filterschaltung veröffentlichen aber ich bin momentan noch an der Regelung, deshalb würde ich alles komplett posten, aber das kann noch ein bis zwei Wochen dauern. Die Regelung läuft soweit ganz gut. Ich wandele den Drehzahlimpuls linear in ne Spannung um, subtrahiere sie vom Sollwert und regele über nen PID-Regler die PWM für den Motor. Im unteren Drehzahlbereich flattert die PWM etwas, aber das hängt meines Erachtens am Motortreiber. Das krieg ich aber noch in den Griff.
Wie gesagt ich werde alles dokumentieren.

mfg Dave

[jeffrey]

Hallo,
ich wollte mal fragen, was aus dem Versuch geworden ist.
MfG Jeffrey

[BoogieDave]

ich wollte mal fragen, was aus dem Versuch geworden ist.

Hallo
der Versuchsaufbau funktioniert einwandfrei. Unter Belastung regelt die Schaltung den PWM-Grad hoch, sodass die Drehzahl gehalten wird. Für unseren Fußballroboter habe ich jetzt die Leiterplatten mit Drehzahlregelung und Spannungswandler entworfen. Jetzt werde ich mich demnächst ans ätzen machen. Die Dokumentation kann noch nen bissl dauern, da ich im Moment im Abi-Stress bin und daher wenig Zeit für den Schreibkram hab.

MfG Dave