موتور BLDC با آردوینو: راهنمای سیم کشی، کد و کنترل

چگونه یک ESC به آردوینو اجازه می دهد موتور BLDC را کنترل کند

یک آردوینو نمی‌تواند مستقیماً سه فاز موتور BLDC را هدایت کند - ظرفیت فعلی یا منطق کموتاسیون داخلی را ندارد. این کار به ESC (کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی)، که بین آردوینو و موتور قرار می‌گیرد، تبدیل می‌کند و یک سیگنال ساده PWM را به سوئیچینگ سه فاز زمان‌بندی شده تبدیل می‌کند که در واقع روتور را می‌چرخاند.

از دیدگاه آردوینو، یک ESC دقیقا شبیه یک سروو استاندارد RC به نظر می رسد. انتظار می رود پالسی بین 1000 تا 2000 میکروثانیه باشد که هر 20 میلی ثانیه تکرار می شود، جایی که عرض پالس به موقعیت دریچه گاز می رسد. برای همین هم همینطور کتابخانه سروو سرووهای مورد استفاده برای سرگرمی برای کنترل ESC کار می کند - آردوینو اصلا با موتور صحبت نمی کند، بلکه با میکروکنترلر داخلی ESC صحبت می کند که کموتاسیون واقعی را کنترل می کند.

سیم کشی آردوینو به موتور BLDC از طریق ESC

سه سیم موتور گیج سنگین از موتور BLDC مستقیماً به خروجی‌های سه فاز ESC متصل می‌شوند - ترتیب کانکتور برای جهت آن در این مرحله مهم نیست، زیرا تعویض هر دو سیم فقط چرخش را معکوس می‌کند. نیروی موتور (معمولاً یک باتری LiPo که با درجه ولتاژ موتور مطابقت دارد) به سیم های ورودی ESC وصل می شود نه به آردوینو.

سمت سیگنال ساده تر است: یک سیم PWM از یک پین دیجیتال آردوینو به ورودی سیگنال ESC، به علاوه یک زمین مشترک بین آردوینو و ESC. اکثر ESC ها شامل یک BEC (مدار حذف کننده باتری) در آن کانکتور سیگنال هستند که 5 ولت تنظیم شده را به آردوینو برمی گرداند - به این معنی که معمولاً تا زمانی که خروجی BEC ESC برای دریافت جریان آردوینو درجه بندی شده باشد، منبع تغذیه جداگانه برای برد لازم نیست.

کد آردوینو برای کنترل اولیه سرعت

با سیم کشی در محل، خود کد کوتاه است. کتابخانه Servo با ESC مانند یک موتور سروو رفتار می کند و سرعت را در همان محدوده 0-180 که کتابخانه برای زاویه استفاده می کند، ترسیم می کند:

• پین سیگنال ESC را با استفاده از آن وصل کنید ESC.attach(9، 1000، 2000) ، محدوده عرض پالس را به صراحت تنظیم کنید
• برای کنترل دستی سرعت، یک پتانسیومتر روی پین آنالوگ بخوانید
• قرائت آنالوگ 0-1023 را در محدوده 0-180 مورد انتظار ESC قرار دهید.
• آن مقدار نگاشت شده را با آن بنویسید ESC.write(سرعت) داخل حلقه اصلی

این الگو به این دلیل کار می‌کند که فرمت سیگنال زیرین با سرووهای سرگرمی یکسان است، همانطور که در مرجع کتابخانه آردوینو سروو ، که زمان بندی پالس و محدودیت های پین را توضیح می دهد که کتابخانه بر آنها تکیه دارد.

مسلح کردن و کالیبره کردن ESC

اکثر ESCها بلافاصله پس از روشن شدن موتور را نمی چرخانند - آنها انتظار دارند ابتدا یک توالی مسلح شوند که معمولاً با نگه داشتن سیگنال دریچه گاز در حداقل یک یا دو ثانیه پس از راه اندازی آغاز می شود. پرش از این مرحله رایج‌ترین دلیلی است که به نظر می‌رسد یک موتور برای مدت کوتاهی هنگام روشن شدن روشن می‌شود و سپس متوقف می‌شود: ESC قبل از پذیرش دستورات منتظر یک سیگنال پایین گاز معتبر است.

کالیبراسیون درک ESC از حداقل و حداکثر عرض پالس را تنظیم می کند تا با آنچه آردوینو واقعا ارسال می کند مطابقت داشته باشد. ESC را با سیگنال دریچه گاز از قبل در حداکثر مقدار خود روشن کنید، منتظر بوق های تأیید باشید، سپس به حداقل برسانید و دوباره منتظر بمانید - این به ESC می آموزد که نقاط انتهایی دقیقی که کد شما تولید می کند، به جای تکیه بر پیش فرض های کارخانه که ممکن است با محدوده نقشه پتانسیومتر شما مطابقت نداشته باشد.

سنسور در مقابل BLDC بدون سنسور: چرا تنظیمات آردوینو شما را تغییر می‌دهد

همه چیز در بالا یک موتور BLDC بدون حسگر جفت شده با یک ESC خارج از قفسه را فرض می‌کند - رایج‌ترین راه‌اندازی علاقه‌مندان، و دلیل اینکه اکثر آموزش‌ها به طور پیش‌فرض آن را اجرا می‌کنند. ESC موقعیت روتور را از پشت EMF تولید شده در فاز بدون نیرو تشخیص می دهد، که وقتی موتور در حال چرخش است به خوبی کار می کند، اما به این معنی است که موتور قبل از اینکه ESC بتواند روی زمان بندی BEMF قفل شود، به یک رمپ راه اندازی حلقه باز کوتاه نیاز دارد.

یک موتور BLDC حسگر سه سنسور جلوه هال را اضافه می کند که موقعیت روتور را مستقیماً حتی در دور صفر در دقیقه گزارش می کنند. این رمپ راه‌اندازی را حذف می‌کند و کنترل سرعت کم را نرم‌تر می‌کند، اما به این معناست که ESC یا کنترل‌کننده باید ورودی‌های سنسور هال داشته باشند – یک ESC بدون سنسور ساده اصلاً سیم‌کشی برای آنها ندارد. اگر پروژه ای به گشتاور دقیق در سرعت پایین یا شروع و توقف مکرر نیاز دارد، از همان ابتدا موتور حسگر و کنترلر سازگار با هال را تامین می کنید که بعداً تنظیمات کنترل را دوباره کار نمی کند.

از نمونه اولیه آردوینو تا کنترل موتور درجه تولید

ESC مبتنی بر PWM ابزار مناسبی برای اثبات یک مفهوم است - ارزان، مستند است و نیازی به نرم‌افزار پیکربندی ندارد. اما محدودیت‌های واقعی نیز دارد: بدون بازخورد فعلی به آردوینو، حداقل منطق حفاظتی، و وضوح کنترل مرتبط با یک پنجره پالسی 1000-2000 میکروثانیه که وقتی کنترل گشتاور، تنظیم سرعت حلقه بسته، یا گزارش خطا تبدیل به الزامات شد، به خوبی مقیاس نمی‌شود.

هنگامی که یک پروژه از نمونه سازی به سمت یک محصول میدانی عبور می کند، گام بعدی معمول کنترل کننده ای است که به جای یک خط PWM از طریق یک گذرگاه دیجیتال ارتباط برقرار می کند. یک رابط اشکال زدایی UART-TTL که برای پیکربندی کنترل کننده های موتور تولید استفاده می شود در اینجا نقشی شبیه به مانیتور سریال آردوینو ایفا می کند - به شما امکان می دهد پارامترها را بخوانید و رفتار را مستقیماً تنظیم کنید نه اینکه فقط از عرض پالس حدس بزنید.

برای تیم هایی که ESC های سرگرمی را بیشتر می کنند، یک نقطه ورودی به کنترل کننده های موتور BLDC قابل برنامه ریزی با گذرگاه CAN APT نوعی محدودیت و تشخیص جریان قابل تنظیم را ارائه می دهد که یک ESC اصلی به سادگی آن را نشان نمی دهد. برنامه‌هایی که نیاز به پاسخ دقیق‌تری دارند - بازوهای رباتیک، مکانیسم‌های فعال، هر چیزی با بار سریع‌تغییر - بهتر است توسط یک کنترلر BLDC با پاسخ سریع که برای کاربردهای حلقه بسته بلادرنگ ساخته شده است به جای یک ESC سرگرمی حلقه باز.

از آنجایی که مشخصات کنترلر و موتور باید بر اساس ولتاژ، جریان و سنسور هال هماهنگ باشد، ارزش بررسی دارد. راهنمای جفت شدن کنترلر و موتور برای تطبیق الکترونیک درایو با مشخصات موتور قبل از متعهد شدن به سخت افزار برای اجرای تولید. همچنین ارزش درک را دارد چگونه لایه های نرم افزاری کنترل موتور مدرن را تغییر شکل می دهند ، از آنجایی که تنظیم در سطح سیستم عامل به طور فزاینده ای چیزی است که یک کنترل کننده تولید خوب را از یک کنترل کننده صرفاً کافی جدا می کند.