Schwebende Kugel an E-Magnet

[NumberFive]

Ich habe hier irgendwo ein Buch so alla Eletronik für Anfänger das ist als letztes Projekt auch so ein kugel drin. Die habe das problem voll komen analog gelöst. Mit lampe und Fototransitor. Der Strom wird vom Fototransitor geregelt und die Lampe ist die "Sonne". wenn das von interesse ist Suche ich es raus.

Gruß

[Gobstar]

Hallo Bluesmash...


Ich bin auch gerade dabei so etwas aufzubauen, pausiere aber gerade weil ich auf Teile warte

Ich werde 2 gleißig fahren, das heisst zum einen mit Hallsensor und zum anderen mit ner Infrarotlichtschranke. Ich wollte die eigentlich mit einer IR Diode und Fototransistor aufbauen, nun haben sie mir aber in der Elektronikbude um die Ecke anstatt eines Fototransistors ne IR Photodiode verkauft, also stand ich vor dem Problem wie krieg ich da jetzt ein Analoges Signal in Abhängigkeit der Höhe der Kugel.

Die Lösung war ein Transimpedanzverstärker, der einfach das schwache Stromstignal der IR Photodiode in eine Spannung umwandelt und in Abghängigkeit es eintreffenden IR Lichtes ausgibt. Bei mir sind das jetzt 0,2-5,1V. Einziges Manko, es muss ein Rail to Rail Operationsverstärker sein, nur der kann den Augang auf bis zu 0V heruntersetzen, ansonsten hast du einen Wert von sagen wir mal 2V-5V . Da die Operationsverstärker meistens nur verstärken können bis Versorgungsspannung- 1,5V/-2V muss der OP dementsprechend mit min. 7V oder höher betrieben werden, es sei denn du begnügst dich mit 0-3,5V oder so

Hier mal eine Beispielschaltung die ich drekt übernommen hab

http://de.wikipedia.org/wiki/Transim...erst%C3%A4rker

I entspricht deiner IR Diode, R beträgt bei mir ca. 100KOhm

Kannst es ja mal versuchen, empfehlen könnte ich zb. den lm358

Gruss Stefan

[Bluesmash]

@gobstar: was mich intressierern würde... wo hast du denn den hallsensor angebracht? und was misst du damit? hast du am schwebenden objekt einen permanentmagnet?

ich hab jetzt nochmal ne bessere messung gemacht. im folgenden diagramm ist der Stromanstieg in den ersten 2.334ms dargestellt für verschiedene distanzen zwischen magnet und metall. was besonders auffällt ist dass in den letzten 5mm die änderung am grössten ist...

Induktivität:
unendlich: 1.526 H
10mm: 1.566 H
5mm: 1.599 H
2mm: 1.689 H
0mm: 1.915 H


Bild hier  



was haltet ihr davon? lässt sich mit diesen werten eine regelung aufbauen?

gruss bluesmash

[Gobstar]

Hallo,

den hallsensor hab ich noch garnicht angebracht, der wird erst geliefert. Aber durch die Kombination von Lichtschranke und hallsensor hab ich sowohl die Möglichkeit ein Metallobjekt ohne Magnet schwebeen zu lassen wie auch ein etwas schwereres objekt mit 2 permanentmagneten, der untere Magnet wird dann von dem hallsensor gemessen der sich dann auf dem boden der konstruktion befinden wird...



Gruss Stefan

[SprinterSB]

@Bluesmash:

Versuch mal, ob du die Messung in eine PWM eingebaut bekommst.
Wenn das später mal funktionieren soll, denn hast du ja schon einen Strom in der Spule und durch die Freilaufdiode. Irgendwie mus die Messung da ja eingepasst werden. Wenn du mit der Messung anfängst, hast du also schon Fluß in der Spule, den du so einfach nicht da rausbekommem. Ausser durch Abwarten, was aber nicht so toll ist...

Die PWM wird eine Soft-PWM werden, weil AVR nicht ADC und PWM verknüpfen kann. Neuere AVR haben auch die Möglichkeit, den ADC durch ein bestimmtes Trigger-Ereignis starten zu lassen, vielleicht macht das es was einfacher. Sollte aber auch in Software gehen.

Das ΔL bei kleinerem Abstand größer wird ist nicht verwunderlich. Konsequemz ist, daß die Regelung um so schwieriger werden wird, je weiter das Target von der Spule weg ist.

Könntest du die Achsen deiner Diagramme korrekt bemaßen? Dann ist besser abzuschätzen wie die Werte sind.

In welchem Bereich liegt der später notwendige Strom in etwa? Das wäre für eine Beurteilung auch hilfreich, weil die Messung sich in dieser Gegend abspielen wird.

Daneben brauchst du später -- falls es klappen sollte -- die Ableitung I' des Stromes nach der Zeit bzw. die Größe des Stromanstiegs. Geht das noch in s Diagramm als gestrichelt oder so? Oder besser in ein extra Diagramm mit den gleichen Farben. Und Bemaßung

Die Annäherung bekommst du über den Differenzenquotienten
I'(t) ~ (I(t+Δt) - I(t))/Δt

oder

I'(t) ~ (I(t+Δt) - I(t-Δt))/(2·Δt)

[Bluesmash]

vielen dank für die hilfreichen tips! sobald ich wieder zeit habe werde ich dann mal weiter probieren...

der strom wird sich so etwa bei 200mA befinden... und die spule wird dann mit 24V betrieben. und die messung oben habe ich mit 5,7V gemacht...

was denkst du wie hoch die pwm-frequenz in etwa sein sollte? wie man oben sieht braucht die messung schon etwa 1-2ms um vernünftige werte zu erhalten... würde eine frequenz von ca. 0.5-1kHz reichen?

[Javik]

Als Lichtschrankie würde sich auch eine IS471 gut eignen. ich mache das schon seit langem für meine Roboter. Man nimmt den IS471 nicht als einheit sondern die Sende IR LED wird in einem bestimmten Abstand (den man überbrücken will, aber nicht mehr als vlt 15cm) vom eigentlichen IS471 auf diesen gerichtet angebracht. So hat man eine Fremdlichtunabhängige Lichtschranke für kurze Entfernungen. Und größere brauchst du denk ich mal sowieso nicht.
Mit der Lichtschranke kannst du dann messen ob deine Objekt (Kugel...) über oder unter einer Bestimmten Höhe ist. (Lichtschranke unterbrochen oder nicht) Ich denke mal damit müsste ishc bei einer schnellen Taktfrequenz des Controllers das realisieren lassen.

Gruß Javik

[SprinterSB]

was denkst du wie hoch die pwm-frequenz in etwa sein sollte? wie man oben sieht braucht die messung schon etwa 1-2ms um vernünftige werte zu erhalten... würde eine frequenz von ca. 0.5-1kHz reichen?

Da hab ich keinen Schimmer und würde auch erst mal rumexperimentieren. Vielleicht geht auch eine gepulste PWM:

Messung -- ne Zeit lang PWM -- Messung -- etc

Wie gesagt, einfach mal ne PWM erzeugen und schauen, wie das funzt. ZB Target auf einer Unterlage daß es nicht runterfällt und mit Abstandhalter oben (Holzklotz), daß es nicht gegen den Magneten batscht.

Das Teil soll ja auch ruhig laufen und nicht rumfiepen (Magnetostriktion), sonst hast zu zusätzlich noch nen nervenden Lautsprecher gebaut

Für die eigentlich L-Messung favorisiere ich aber immer noch die Messung von Δt bei konstantem ΔI gegenüber der Messung von ΔI bei konstantem Δt.

Die Schaltung würde dann in etwa funktionieren, wie der Timer NE555, nur daß zur Erzeugung der Zeitintervalle nicht ein C eingesetzt wird, sondern ein L, und zwar so.

1) UB wird angeschaltet und der Sprom durch L steigt an.
2) I übersteigt einen Schwellstrom I_Thres und löst damit die Zeitmessung aus.
3) I erreicht/überschreitet I_max und wird abgeschaltet.
4) I fällt
5) nach einer bestimmten, von L abhängigen Zeit wird I wieder eingeschaltet und es geht weiter zu 1)

Damit hätte man zugleich eine Strombegrenzung für die Spule.

Die Induktivität ist dann wieder

L ~ UB · ΔI/Δt

mit
ΔI = I_max - I_Thres
Δt = t(I_max) - t(I_Thres)

Im Gegensatz zu einer ΔI-Messung braucht man nicht den langsamen und niederohmigen ADC, sondern kommt mit dem schnellen und hochohmigen AC aus.

Die Regelung würde dann die OFF-Zeit beeinflussen, um die Magnetkraft zu steuern. Dabit gäbe es auch keine Getrennten PWM- und Messphasen mehr, sondern beides geht in einem Rutsch. Was ich aber nicht weiß, ist, ob man mit einem festen I_max einen hinreichen großen Regelbereich hinbekommt. Wenn I_max vom µC gestellt werden muss, wird die Ansteuerung natürlich komplizierter.

Das könnte so aussehen, daß ein Eingang des Komparators den Strom bekommt (als Spannung via shunt) und der andere mit einem DAC gefüttert wird, der seine Vorgabe vom µC bekommt.

Aber erst mal schauen, wie es mit der klassischen ΔI-Messung tut. Falls das nicht hinhaut, hat man ja noch genug andere Möglichkeiten

[Bluesmash]

@sprinterSB: Vielen Dank für die tollen Tipps!

ich hatte noch einen Fehler in der Schaltung und habe jetzt noch mal ne neue Strommessung gemacht...

Bild hier  

So wie es aussieht hat der Strom bei allen 4 Messungen den selben Anstieg... einfach in der Zeitmessung früher oder später... da nützt auch eine Δt-Messung nicht viel...
komische Sache... oder ist es schon zu spät in der Nacht und ich hab da irgendwo noch nen Fehler drin...?

[VT610]

Hallo zusammen,
Ich beschäftige mich gerade mit dem selben Problem. Ich bin jedoch aus Gründen der Einfachheit bei einer Lichtschranke, die dann über ein Interface-Board (http://www.conrad.de/goto.php?artikel=191003 reichen 8 bit überaupt???) das Signal an einen PID_Regler im Computer ausgibt, der dann den Magneten mit PWM und einem Darlington-Transistor ansteuert. Ich hab das schon mit analoger Regelung probiert, dabei war mit aber die Einstellung zu schwierig und die Schaltung zu kompliziert. Ich bin in Sachen Programmierung ein echter Anfänger und kann mit dem in Artikel Regelungstechnik angegebenen überhaupt nichts anfangen:

esum = esum + e
y = Kp * e + Ki * Ta * esum + Kd * (e – ealt)/Ta
ealt = e

Kann mir da mal jemand helfen? Wäre euch echt dankbar!
Friedrich