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停動のテストなど

今日は新しい回路の評価も兼ねて停動トルク測定を行う.
モータの定格は15Wなので1.25Aまでだが,今回は信頼性がテーマなので短時間通電で停動まで評価することにした.
高価なモータを壊さないように定格以上入力するときは一回一回時間をおいて冷やしながら行った.

測定の結果,トルクはちゃんとDutyに比例している.また,最大トルク値もカタログ通り出ているので問題なし.
Duty=MAX時の電流値は7~9Aに達するが,このときの回路の誤作動や通信エラーもなし.
モータのカタログでは停動電流=9.5Aだが,その電流が流れるのは一瞬ですぐに熱ダレで下がる.
FETは停動まで放熱板なしで全く問題ない.モータ側もブラシレスはコイルが外(ケース側)にあるので放熱板を付けると効果ありそうだ.

今回の回路変更でゲートドライバとFETを変更してPWM周波数100kHzで効率よく駆動できるようにした.(ゲートの入力電荷小+デッドタイム500nsec→100nsec) 
この結果,同じ電圧で最大出力が14%UPした.また,ゲート抵抗を最適値に設定してノイズも低減できた.

来週以降,電流センサの作動チェックをしたらPCB作製に入りたい.
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慣性負荷の駆動テスト

今日は久しぶりに機械加工.
モータに慣性負荷を与えるためのおもりを作る.


今回考えているロボットの4倍のイナーシャに相当するφ92mm,およそ92gの円板を旋盤で作製した.
これを付けて急さなPWMパタンを与え加速,減速性能を見る.120°通電と180°通電でPWMに対する速度の応答をおもり有り無しの場合で比較した.


なんと,120°断続通電と180°連続通電で差が出ない!そんなハズは・・・・
加速はまぁ同じでいいとしても減速時のブレーキの掛かり方は明らかに違うと思ったのだが,なぜか同じようなデータが出た.これじゃわざわざディスクリートでリニア駆動にする意味ないじゃん!っていうデータである.安い専用ICで120°通電したので十分!ということになる.

マズイ,これはすごくマズイ.こんなはずはない,どこかに思い違いがあるに違いない.

コマンド送信テスト

今日はソフト.
メインのSH2AからBLDCボードをコントロールするプログラムを書き始める.
とりあえずPWMと無負荷回転数のログ取りをやってみる.

120°通電の方がリニアな特性を示している.180°疑似Sin波のほうは低速の立ち上がりがなまっていいるものの,ある程度スピードが付くとそれなりに素直な特性になる.
もっとも,これは無負荷なのであまり差はでない.
慣性負荷を振り回したときにどうなるかが問題だ.

6相PWM

今日は改造した回路でdsPICによる6相PWMのコントロールを試す.
まずは教えていただいた特許検索サイトで見つけた[特開2004-201453]に記載の駆動パターンで120°矩形波通電を試す.このときのU相電流波形の実測値は以下のとおり.


これは10000rpm付近のものだが,そこそこ入力電圧に近い波形になっている.
この駆動パターンではモータの発熱の問題は解消して,まさにモータカタログ通りの無負荷特性が得られた.また,電流が不連続になるためにノイズの増大を心配していたが,とくに目に見えてレベルが悪化するということはなさそうだ.(手でちょっと負荷を与えた程度の評価では)

この回路であればソフトを変更するだけで120°通電,180°通電,および電流F/Bによるベクトル制御のいずれにも対応でき,かつデッドタイムの設定もソフトで自由にできるメドが立ったので,いったんはこれで行きたい.

回路変更

今日は回路図.
特許をいろいろ見る中で,もうすこし駆動パターンに改善できる余地がありそうと感じた.しかし,現状の回路ではハードウェアで相補PWMを作っているためアームのHサイドとLサイドが個別に制御できない.
そこで6相すべてのPWMをdsPICで制御するために配線を見直す.また,ベクトル制御の準備として2chの電流信号取り込みの準備も行う.
 ここに来てdsPICのピン数が足りなくなって来てしまった.DCモータではギリギリ28PIN品で回っていたが,ブラシレスのベクトル制御ではあと2~3ピン足りない.
しかし,今さら40pin品に換えるのは大変なので,いったんインジケータLEDやプログラム書き込みピンなどを削減してしのぐことにした.(LEDデバッグができないのはツラいなぁ・・・)

駆動パターンの見直しだけでなく,本当はベクトル制御に進みたい.しかし,ひとたび始めるとまた莫大な課題が出まくる気配が濃厚なので悩んでいる.(電流の信号品質とか,ループの実行安定性とか・・)
 今回は知ロボに向けて動くモノをでっち上げるために,いったんベクトル制御は手を出さない方がいいかもしれない.

まだまだ続くブラシレス

今週末もモータ三昧.
各相の電流を見るためにモータ端子のそれぞれに直列抵抗を挿入し抵抗間の電位差をオシロで観察すると以下のようになった.(オシロの設定 64回平均)
矩形波駆動

Sin波駆動

これを見ると矩形波駆動の方は明らかに不連続でいびつな電流パターンになっている.
しかし,なぜか矩形波のほうが効率が良く同じDutyでも回転数が大幅に高いのが謎の現象だ.
(逆起電力の波形がSinではなく矩形波の方に近いのだろうか?)

今回,一点進展があった.ホールICの読み取りからPWM反映までの一連の制御周期を早くすると効率が良くなることがわかった.ソースコードを見直し,ループを10KHz程度まで上げると30000rpmで0.6A程度まで電流が下がった.

しかしまだまだゴールには程遠い.

ブラシレスモータ

ブラシレスを回し始めてかなりたった.
とりあえずMAXONのモータが来たのでこちらで実験を続ける.

ノイズの問題は電源系のコンデンサ強化などで一応収束した.
いま一番の問題はモータの発熱である.前回までR/C用の大食いモータを使っていたので電流がやたら入るのはそのせいと思っていたが,MAXONに換えてそれが正常の範囲を明らかに逸脱していることがわかった.
スペック上無負荷なら0.3Aぐらいで30000rpm程度回るモータなのに,20000rpmを越えたところで2A近く行っている.すぐに触れないぐらいアツアツになってしまうのだ.
コメントいただいたのをヒントにPWMのキャリア周波数を高くするとすこし改善した.しかし,せいぜい20%程度の効果.まだ何かが根本的に違う.
そこで駆動パターンを見直す.これまで180°全通電のリニア駆動で疑似sin波として矩形波駆動していたのがマズイと思い,これを正弦波にしてみる.(下図のイメージ)

dsPICのRAMをフルに使ってLUTを用意し,ホールIC入力とタイマでタイミング良く3相正弦波のPWMを出力させる.しかし全く改善しないばかりか,正弦波のほうがむしろ発熱が大きい.これはどうしたことだ!
 しかたなく交流モータの本なんかを参考にしながら純粋なSin波ではなくASinθ+BSin3θのような高調波を重畳させて改善を試みたが効果なし.
おそらく120°通電の間欠駆動に比べて180°通電では駆動PWMをうまくモータの特性に合わせてやらないと効率ががた落ちになってしまうのだろう.今はどうもブレーキをかけながらアクセルも踏んでいるような状態になってしまっている可能性が高い.
うーん,これはやはり電流F/Bを行うベクトル制御に進むしかないのだろうか・・・
120°通電の1現象制御では位置決め制御に心もとないし・・・
プロフィール

もやね

Author:もやね
長野県在住の会社員(メカニカル・エンジニア).
ロボットは完全な趣味としてやってます.
E-mail:
mo_ya_ne[a]yahoo.co.jp
[a]⇒@

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