Sensorlose Drehzahlmessung möglich?

[moin]

Bitte nehmt Stellung zu meinen Ideen über eine sensorlosen Drehzahlmessung bei kleinen Elektromotoren.

Ich bin auf der Suche nach einer Möglichkeit die Umdrehungsgeschwindigkeit oder beim Robot die zurückgelegte Strecke zu messen, ohne mit einer optischen Drehscheibe und Lichtschranken zu arbeiten.
Bei der Suche im Internet bin ich auf die Idee gestoßen die erzeugte Gegenspannung (EMK oder engl. EMF) zu messen, die proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit sein soll.

Idee 1:
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Motor mit einer Gleichspannung versorgen und dann die anliegende Spannung und über einen Shunt den Strom messen. Hieraus müsste man dann eigentlich indirekt die Drehzahl ermitteln können.
- Funktioniert das nur in der Theorie oder ist das so einfach?
- Idee 1 hat den Nachteil, dass der Motor über eine Gleichspannung versorgt werden müsste.

Idee 2:
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Motor mit PWM-Regelung und eine „gemittelte“ Spannung und Strom messen.
- Frage: geht das?

Idee 3:
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Motor mit PWM-Reglung, die kurzzeitig (für wenige ms) unterbrochen wird. In dieser Zeit würde der Motor dann als Generator wirken und man könnte die induzierte Spannung messen und auswerten.
- Könnte eine solche Schaltung über ein Zusatzboard an die Motorsteuerung RN-MOTORCONTROL angeschlossen werden und die Rolle der Lichtschranken und Tachoscheiben übernehmen. Die Zusatzschaltung müsste dann je nach Geschwindigkeit/induzierter Spannung Impulse in unterschiedlicher Geschwindigkeit abgeben.

Was haltet ihr von diesen Ideen. Hat jemand Erfahrung mit einer sensorlosen Drehzahlregelung


Schon mal vielen Dank für eure Antworten
Euer moin

[ranke]

Moin moin,
Erfahrung habe ich damit auch nicht, aber schon mal ein paar Gedanken gemacht. Im Prinzip dürfte das schon gehen, man darf sich aber von der Genauigkeit des Verfahrens keine Wunder erwarten.
Die EMK kann ja nicht direkt gemessen werden, sondern nur indirekt über den Strom, der sich ergibt aus: (Klemmenspannung-EMK)/Widerstand.
Der Widerstand des Motors ist aber nicht so genau definiert, der Wicklungswiderstand ist temperaturabhängig, bei Kollektormotoren kommen noch Übergangswiderstände am Kollektor und der Widerstand der Bürsten dazu. Man wird also mit einem gewissen Meßfehler für die Drehzahl rechnen müssen, der nur schwer zu kompensieren ist.
Für die Berechnung der zurückgelegten Strecke muß man die Drehzahlwerte zeitlich aufaddieren (eigentlich: über die Zeit integrieren). Der Meßfehler wird natürlich mit aufaddiert, so daß das Ergebnis - speziell für eine längere Meßzeit - nicht besonders genau werden dürfte.
Um die Fahrtrichtung Deines Robos zu ermitteln, wirst Du die Streckendifferenz zwischen dem linken und rechten Rad ausrechnen. Spätestens dann werden Deine Meßdaten zu ungenau werden.
Ich denke, daß man das Verfahren schon brauchen kann, um die zurückgelegte Strecke des Robos abschätzen zu können. Odometrie wird damit nicht gehen.
Gruß Uli

[dwod]

Hi,

wie willst Du denn die verschiedenen Rollwidersände des Robots kompenieren ? Wenn dieser über Gras fährt oder eine Steigung hinauf, wird mehr Strom verbraucht als wenn er über eine glatte Fläche fährt.

m.f.G.

Wolfgang

[ranke]

Wenn dieser über Gras fährt oder eine Steigung hinauf, wird mehr Strom verbraucht als wenn er über eine glatte Fläche fährt.

Ja, und das ist genau die Idee, die dahinter steckt!
Wenn der Rollwiderstand größer wird, dann verbraucht er mehr Strom und fährt gleichzeitig langsamer! Und dieses "langsamer werden", also die Differenz zwischen Sollgeschwindigkeit und tatsächlicher Geschwindigkeit ist es, was man über den erhöhten Stromverbrauch mißt.
Die Sollgeschwindigkeit ist proportional zur Spannung am Motor, die Differenz zwischen Sollgeschwindigkeit und tatsächlicher Geschwindigkeit ist proportional zum Stromverbrauch. Damit kann man aus Spannung am Motor und Strom durch den Motor die tatsächliche Geschwindigkeit ausrechnen.

[dwod]

Gut, aber Du hast keinen Bzgspunkt.
Der Robot fährt gegen eine Wand : evtl. drehen die Räder durch, oder sie drehen nur langsam, trotzdem ist in beiden Fällen die Geschwindigkeit = 0.
Ebenso wenn Du Schlufp hast (ein Rad dreht durch) oder je nach dem ob die Batteriespannung schwankt, auf jedenfall ist das ne irre rechnerei und dazu auch noch ungenau.

P.S. Hab mal enem so ein elektrisches Golfcaddy repariert. Die Dinger sind billig in der Herstellung, werden aber teuer verkauft.Da gab es 4 Tasten 10m,20m,30m und start. Der Caddy fährt dann die eingestellte Strecke und bleibt dann stehen.
Die haben an der Achse des Motors einfach eine Lochscheibe montiert und die Umdrehungen gezählt (ich weiss, geht auch nicht wenn die Räder durchdrehen).

m.f.G.

Wolfgang

[Madgyver]

Nur aus interesse: Warum muss ein Golfcaddy eine gewissen Strecke (in meter) abfahren können und dann stehen bleiben? bin mit dem sport nicht so vertraut.

[dwod]

Hi,
ich auch nicht

auf dem Caddy befindet sich nur das Golfbag (nicht so ein Teil wo man selber drinsitzt).
Der Golfer nimmt seine Schläger , den er zum spielen braucht, und startet dann den Caddy. Dieser fährt dann die vorgegebene Strecke nach vorne. Nach dem Schlag des Golfballs braucht man diese Strecke nicht mehr zurückzugehen.
Ist zu Zeit der Renner bei älteren Leuten [-(

m.f.G.

Wolfgang

[Madgyver]

Achso verstehe. Dann wäre ja so ein Caddy der einem Beacon hinterherfährt (Asuromässig) ja wohl voll der bringer.

[dwod]

Hi,

wir sollten uns zusammen tun .
Hab ich auch schon drangedacht, so eine "Follow me" Funktion, das Ding bleibt immer 10m hinter einem.
Das Problem ist nur, wenn man über eine Brücke geht oder an einem Bunker (ein grosses Loch mit Sand) vorbeigeht.
Das Ding müsste immer auf dem Weg bleiben.

m.f.G.

Wolfgang

[moin]

Um von der Golfcaddy Diskussion wieder zurück zur Ausgangsfrage zu kommen, möchte ich meine Gedanken aus dem ersten Beitrag weiter präzisieren:
Idee 1 und 2 müssen wohl verworfen werden. Der zweiten Idee weine ich ein wenig hinterher, da man eine solche Schaltung in fast jeder PWM-Schaltung verwenden könnte.

Idee 3 wird in der Industrie oder im Modellbau verwendet – wenn man dem Internet glauben darf. Schaltungen zum Abändern habe ich keine gefunden.

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).

Um die Spannung zu messen fallen mir zwei Möglichkeiten ein:

(1) Mit einer aktiven Filterschaltung eine mittlere Spannung ermitteln und mit einem AD-Wandler messen.

(2) Die induzierte Spannung mit einer Integrierschaltung mit einem OPV ermitteln und mit einem AD-Wandler messen. Die Zeitglieder müssten dann noch experimentell ermittelt werden. Vor jeder Messung müsste dann die Integrierschaltung entladen werden.

Wie würdet ihr an die Sache herangehen?

Euer moin