Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение **skyalex** » 02 июл 2017, 16:26

Привет, друзья и все страждущие!

Нахожусь в стадии проектирования этой схемы под свои хотелки (скорее платы, благодарим Олега за титанический труд и отлаженную схему!).
В связи с некоторыми затыками по подбору номинала C11(5) хочется уже окончательно разобраться с этой проблемой и внести исчерпывающую ясность в этот момент. Обозначения буду использовать по уже сложившейся в этой теме традиции - основная нумерация по схеме с Холлом от уважаемого автора, а в скобках - по даташиту. К слову, нумерация на схеме автора с оптодатчиком слегка отличается :wall:

, будьте внимательны! :crazy:

Сначала кратко суть. Конденсатором C11(5) мы определяем постоянную времени во времязадающей RC цепочке преобразователя частота/напряжение микросхемы. Для достижения приемлемой линейности преобразователя длительность импульса воздействия должна быть в 5 раз короче длительности отрицательной полуволны входной частоты с ТГ. Так работает логика микросхемы.

Теперь немного теории. А именно, привожу практически дословный точный перевод соответствующего раздела из даташника, там все разжевано.

► Показать

Преобразователь частота/напряжение (f/V converter)
Внутренний преобразователь частоты в напряжение (f/V converter) вырабатывает постоянное напряжение на выводе 9(10) пропорционально скорости вращения, используя переменный сигнал от тахогенератора или оптического датчика. Уровень сигнала с высокоомного входа 7(8) сравнивается с порогом срабатывания преобразователя в -100 мВ. Порог выключения преобразователя -50 мВ. Гистерезис обеспечивает стабильную работу преобразователя даже с относительно простыми тахогенераторами.

Частота тахогенератора вычисляется как f = (n/60)*p в герцах. Где n - число оборотов в минуту, p - количество импульсов на 1 оборот.

Преобразователь работает по принципу накачки заряда. Каждую негативную полуволну входного сигнала количество заряда, определяемого емкостью C11(5), усиливается и интегрируется емкостью C10(6) и формируется на выводе 9(10). Константа преобразования k определяется емкостью C11(5), уровнем заряда Vch, резистором R11(6) (вывод 9(10)) и внутренним коэффициентом усиления Gi.
Коэффициент усиления рассчитывается как отношение протекающих токов через выводы 9(10) и 8(9).
Gi = I9(10) / I8(9) = 8,3.
k = Gi * C11(5) * R11(6) * Vch

Выходной уровень Vo = k * f

Номиналы C11(5) и C10(6) подбираются так, чтобы при максимальной входной частоте максимальный уровень Vo не превышал 6 В. В процессе заряда C11(5) внутренний резистор Ri на выводе 8(9) приблизительно равен 6,7 кОм. Для достижения хорошей линейности преобразователя постоянная времени, определяемая Ri и C11(5), должна быть значительно меньше (1/5) длительности отрицательного полупериода максимальной частоты входного сигнала. Величина остаточных пульсаций уровня выходного сигнала ∆Vo на выводе 9(10) зависит от C11(5), C10(6) и внутреннего усиления.
∆Vo = Gi * Vch * C11(5) / C10(6)
Снижения пульсаций ∆Vo можно достичь увеличением C10(6). Однако, при этом также снизится увеличение скорости.
Номинал этого конденсатора ( C10(6) - прим. переводчика ) должен выбираться исходя из конкретных задач.

Теперь, осмыслив вышесказанное, можно посчитать интересующую нас емкость C11(5). Возьмем пример автора.
Я сначала честно высчитывал все значения по формулам в даташнике, угрохал уйму времени, получались забавные цифири всякие. Можете сами пройти этот тернистый путь

В итоге все более-менее просто. Погнали!
Двигатель 10000 об/мин (167 об/сек).
4 импульса за оборот с датчика Холла.
Частота импульсов f = 167*4 = 668 Гц
Период полуволны T = 1/(668*2) = 748,5 мкс
Нам нужно время воздействия в 5 раз меньше - 748,5 / 5 = 149,7 мкс
Исходя из формулы постоянной времени для RC-цепи τ = R*C, вычисляем необходимый нам номинал C11(5)
C = τ/R = 0,0001497 / 6700 = 22,34 нФ.
Приведение всех величин в уме :crazy:

* * *
Теперь обращаюсь к Олегу (omich) и ув. oyoy, да и ко всем остальным заинтересованным.
Поскольку у меня нет пока готовой платы, может кто-нибудь проведет полевые испытания по мотивам моего опуса?
Хочется узнать насколько достоверны мои расчеты.

Благодарю всех за внимание!

Отправлено спустя 40 минут 28 секунд:

Сообщение не по теме

Кстати, интересное наблюдение. Если время воздействия считать не 1/5, а, наоборот, в 5 раз больше, то по данному примеру емкость C11(5) получается 0,56 мкФ, что объективно гораздо ближе к номиналу Олега. Тут либо даташник прибрехивает (такое вообще бывает?!) и нужно считать не относительно полупериода сигнала, а относительно частоты сигнала, либо я чё-т не то натеоретизировал, либо что-то третье

Надо повнимательней посмотреть на логику работы...

Сообщение **omich** » 03 июл 2017, 20:47

Да, в даташите и описано нечто подобное:
"The converter is based on the charge pumping principle. With each negative half wave of the input signal, a quantity of charge determined by C5 is internally amplified and then integrated by C6 at the converter output on Pin 10. The conversion constant is determined by C5, its charge transfer voltage of Vch, R6 (Pin 10) and the internally adjusted charge transfer gain.
The values of C5 and C6 must be such that for the highest possible input frequency, the maximum output voltage VO does not exceed 6 V. While C5 is charging up, the Ri on Pin 9 is .approx. 6.7 kW
. To obtain good linearity of the f/V converter the time constant resulting from Ri and C5 should be considerably less (1/5) than the time span of the negative half-cycle for the highest possible input frequency. The amount of remaining ripple on the output voltage on Pin 10 is dependent on C5, C6 and the internal charge amplification.
The ripple ∆Vo can be reduced by using larger values of C6. However, the increasing speed will then also be reduced.
The value of this capacitor should be chosen to fit the particular control loop where it is going to be used."

Если честно, то я очень сильно в эти подробности не вдавался и подобрал конденсатор экспериментально. Но то, что от него очень сильно зависит работа схемы, это точно.

skyalex писал(а):Источник цитаты Тут либо даташник прибрехивает (такое вообще бывает?!)

Да сколько угодно. Далеко не один раз встречались "погрешности".

Сообщение **skyalex** » 04 июл 2017, 07:35

Меня вот что напрягает еще... ДШ говорит постоянная времени должна быть 1/5 от длительности полупериода сигнала с тахо. При этом получается, что чем больше пульсов дает тахо (при одной и той же скорости вращения), тем меньше будет сила (кол-во заряда в терминах дш) разгонного "толчка". Правда, и количество этих толчков возрастет. Короче, есть какая-то существенная разница сколько импульсов с тахо или нет? Или тут по принципу - какими бы ломтями не нарезали батон, масса батона останется неизменной?
В общем пост вышел из серии тихо сам с собою или мысли вслух. Но может кого натолкнет на какие мысли.

Сообщение **oyoy** » 14 июл 2017, 08:14

Всьо решает ЭКСПЕРИМЕНТ!

Нада найти свою плату и попробовать.
А то я временно Перешел на управление "Ардуино мини про" НО там свои казусы (не до конца познаные).

Сообщение **omich** » 14 июл 2017, 10:27

Я из отпуска привез простенькую 125-ю болгарку на 800 Вт без какой либо электроники и хочу ее переоборудовать плавным стартом и регулировкой оборотов. Сейчас пока ей заниматься некогда, т.к. дома бедлам из-за ремонта, но до следующего отпуска в этом сентябре надо постараться сделать. Правда, пока не решил на чем делать, U2010b или U211b. Так что если, все-таки, доберусь, то тоже надо будет проверить теорию.

oyoy писал(а):Источник цитаты Перешел на управление "Ардуино мини про" НО там свои казусы (не до конца познаные).

Периодически почитываю тему на Чипмейкере, когда на глаза попадается, тоже интересно, но что-то там тему уже сильно размазали и концов не найти в виде готовой конструкции.

Сообщение **skyalex** » 14 июл 2017, 10:44

Ардуинка, конечно, здорово. Но на мой взгляд ее лучше использовать как площадку для обкатки чего-либо. Либо новичкам в электронике и программировании сгодится.
А для законченных практических решений лучше все-таки на своей собственной базе собирать. Ну в самом деле, не докупать же каждый раз очередную Ардуину для очередного проекта

Сообщение **oyoy** » 15 июл 2017, 05:15

skyalex писал(а):Источник цитаты Ну в самом деле, не докупать же каждый раз очередную Ардуину для очередного проекта

А почему бы и нет?
Цена ардуинки сопоставима с ценой Атмеги :pardon:

Сообщение **fox63** » 31 июл 2017, 15:23

Добрый вечер!
Олег, я с год назад читал вашу статью о точиле на U2010B, и сделал такое управление на два станочка. Один - гравёр, второй - ручной фрезер. На гравёре схема работает, не скажу что мне сильно нравится, но с тем что было с магазина не сравнить. С магазина на малых оборотах работать было вообще невозможно. Стоит только убрать гравёр от детали, он тут же развивает максимальные обороты, но только прижмёшь инструмент к детали, обороты падают до нуля. Со схемой на U2010B, всё гораздо лучше, хотя на малых оборотах при сильной нагрузке обороты падают, но чувствуется, что силёнки у гравёра ещё есть. А на фрезере схему я нормально так и не смог запустить. Поэтому хочу с таходатчиком попробовать.
А вопрос мой такой. На схеме с U2010B, регулирующий резистор 50 кОм. В этой схеме, кажется 100 кОм, если не ошибаюсь. А в моём гравёре, и во фрезере тоже, стоят резисторы на 500 кОм. Если менять резисторы, то нарушится внешний вид, чего не очень хочется. В схеме с обратной связью по току, я поставил на средний вывод резистора P1, эмиттерный повторитель. Правильно это, или нет, но работает с резистором в 500 кОм. А как сделать здесь? Может увеличить в пять раз сопротивление R16 и R17, а С12 наоборот, поставить 10 мкФ?

Сообщение **omich** » 01 авг 2017, 21:09

Хорошего дня!
Про U2010b я писал, что на весь диапазон нагрузок невозможно настроить компенсацию, так уж устроена обратная связь чисто по току. У меня тоже точило на U2010b стало работать несравнимо лучше заводской схемы, но, тем не менее, я и ту схему переделал на U211b, поскольку, не удовлетворяла работа на малых оборотах. Тут же на U211b, еще большая разница в лучшую сторону даже с U2010b, не говоря про сравнение с заводской, т.е. обороты держит значительно лучше даже при таком слабеньком моторе.
На счет переменного резистора, думаю, что не стоит заранее ставить увеличенные резисторы вверху и внизу, возможно, их вообще будет лучше сделать перемычками, а вот C12, скорее всего, придется скорректировать в меньшую сторону по отношению к емкости на схеме, поскольку при бОльшем переменнике, увеличится постоянная времени цепи и двигатель будет медленнее реагировать на "команду" увеличения оборотов.

Сообщение **fox63** » 02 авг 2017, 15:24

Я ещё ни схему, ни даташит на микросхему не смотрел толком. Сейчас глянул, действительно, два резистора с верху и снизу могут быть любыми, надо пробовать, а нужны ли они вообще. Сейчас начну неспешно рисовать плату под свои нужды, чтобы размерами была как родная, и для переменника место старое осталось. Потом попробую. Даже и не знаю, что для фрезера лучше, магнитная система, или оптическая. С одной стороны, железных опилок быть не должно, всё же фрезер чаще всего по дереву работает, а по опыту, магнит железные опилки где угодно найдёт. Наверное всё же лучше оптику поставить будет, на крыльчатку.

Чипгуру