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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.
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この記事へのコメント

- かみやん - 2009年03月18日 14:11:01

相当ハードル高そうですね~
がんばってください。

やはり実践は大事ですよね。 - わたなべ - 2009年03月18日 20:17:20

渡辺です。
イマイチ自分でも理解していないもので、もやねさんのところを見ながら勉強しています。
周期6msぐらいで2極対ですと10,000rpmで回っている?ならばそこそこ誘起電圧も発生していると思います。
オシロのGND基準をどこにされたのかよくわからないのですが、差動プローブではないですよね?
添付画像のように矩形波駆動の波形をなぞって一部を移動しますと正弦波っぽくなります。システムGND基準でモータ端子電圧であるならこの正弦波はモータの誘起電圧も表していると思います。とすれば電流を流す方向が違うところがあったりしませんか?
ネットでうまく資料がみつからないのですが誘起電圧まで表記されているものといえばこれあたりでしょうか
特開平9-163785
「ブラシレスモータの駆動装置 」
自分自身が???なので混乱させてしまったら申し訳ありません。
あれっ?ここって画像貼り付けられないんでしたっけ?
とりあえず以下に置いてみました。
http://homepage3.nifty.com/two_legs/syuuhou/syuuhou_SP.html

- もやね - 2009年03月18日 21:59:33

わたなべさん,すみませんわざわざ手書きのメモまで頂いて.
謎の波形なのですが,オシロはGNDクリップ-プローブをモータ出力に直列に入れた抵抗の両端に当てて測ってます.オシロのGNDとドライブ基板のGNDはつながってない状態です.
電圧はちゃんと矩形波出てるので,電流もだいたい似たような波形になると思ったのですが・・・やっぱり測り方がマズイのかも知れません.
特許は番号探索もできるんですね.さっそくご紹介いただいた案件を見てみます.

- もやね - 2009年03月18日 22:03:09

かみやさんこんばんは.
ブラシレスドライバ,私の予定ではサクッと終えるつもりが底なし沼です.
 私には論理で課題を解決できる才能がないので,とにかくモノを動かして理解するしかないので・・・

オシロのフローティング計測 - わたなべ - 2009年03月18日 23:16:44

わたなべです。邪魔してばっかりでスミマセン。返答を書き込んで下さってありがとうございます。自分も得るところが多いのでありがたいです。
抵抗の両端計測の件は了解です。
最近のオシロは筐体もプラスチックですし、わかってやっている分には問題無いとは思います。まあ高電圧で筐体金属の場合は要注意ですけど。
http://www.tek.com/cgi-bin/frame.cgi?body=/ja/News/Anov/safety_measure.html
ちなみに抵抗値はどのくらいのものを入れたのでしょう?あわせてcurent_kukeiha.jpgの時のDutyもよろしかったら教えて下さい。
結局トルク制御を真面目にやろうとすると電流フィードバックは必須になると思います。
なものでウチはマブチモータですがこれを購入してみました。
http://dkc1.digikey.com/jp/ja/ph/Allegro/acs71x.html
私の方は妄想で発注、部品ばっか集まりつつあるんですけどまだ影もカタチも無いんですよね。

思い違いをしてました - わたなべ - 2009年03月19日 20:18:06

わたなべです。
>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.
あらためて1月にアップされていました回路図を見てみました。
てっきり教科書に載っているような60度×2の休み(フローティング)のある120度通電だと思っていたのですが、これですと、「流し出している」か「引き込んでいる」かの必ずどちかになるんでしょうか?
ということは例えばVHからWLへ流そうとした時はVHからULへも流れる?
自分自身もブラシレスモータを理解するよい機会となっております。できましたら
DSPICの端子名PWML1、PWML2、PWML3に出している出力パターンを教えていただけないでしょうか。

(思い違い)^2 - わたなべ - 2009年03月20日 01:47:14

わたなべです。
たいへん申し訳ありません。飛ばし読みをしていました。
ひとつ前の私のコメントは全て無視して下さい。
>てっきり教科書に載っているような60度×2の休み(フローティング)のある120度通電だと思っていたのですが
3月9日のブログに180°通電と書いてありますね。矩形波の駆動波形を見過ごしていました。
>DSPICの端子名PWML1、PWML2、PWML3に出している出力パターンを教えていただけないでしょうか。
手元の資料が120度通電かベクトル制御だったもので、180度通電を理解しておりませんでした。180度通電のパターンはルネサスのサイトにありましたので、それで考えてみます。
ゴミみたいな書き込みばかりで申し訳ありませんでした。

謎の波形 - わたなべ - 2009年03月20日 23:09:03

わたなべです。たびたびスミマセン。
謎の波形が気になりましたんのでSPICEの学習を兼ねてシミュレーションを行ってみました。この前の所に結果を追加で貼り付けました。
http://homepage3.nifty.com/two_legs/syuuhou/syuuhou_SP.html
10000rpmも回す(発電する)とたぶん3V強の正弦波の誘起電圧が発生し、電流を流すタイミングによってはあのような波形になるようです。
信頼性はイマイチのシミュレーションですが180度矩形波の通電方法が少しは理解できたような気がします。
トルクが出ないのは磁束のタイミングと流す電流のタイミングが微妙にずれているのでしょうか?
ものの本には「180度矩形波通電は誘導モータには使われていたがブラシレスにはメリットが無く、あまり使われいない」とか書かれていたりもしましたがどうなんでしょうね?
それよりも「120度方式で配置されたホールセンサの配置を180度方式で使用する場合は電気角で30度ずらさなければならない」とかあるのが気になります。角度→時間変換を10000rpm付近で精度よくリニアに行うのもたいへんかなと。
で、画像で見ますと、マクソンのモータ 大きく見えますけど実はすごく小さいんですね。
謎の波形の電流切り替えパターンが等間隔では無いように見えます。このくらいは十分許容範囲なのか、これがトルクリップルで音、振動の要因になっているのか、興味は尽きないです。
では、また。

- もやね - 2009年03月21日 03:32:37

わたなべさんこんばんは.
いろいろ情報頂けて感激です!回路シミュレータでモータ駆動波形も見れるんですね.しかもタダとは!
なるほどなるほど,入力した電圧に対して電流と逆起電力の電圧が少しづつ位相が遅れるために,電流波形歪むということですか.
おかげさまでなんとなくイメージ掴めました.
180°矩形波通電は効率悪いので使われてないのだと思います.矩形波駆動では逆起電力電圧は台形になるらしいのですが,120°だと無通電区間にほどよく波形がナマって台形っぽくなるので効率がいいらしいんですよ.
で,ホントかどうか一度120°のほうも試しておきたい.
でも今の回路はハイサイド側ブートストラップコンデンサを電源にしてますので無通電区間があるとマズイのかな,と思ってたんですが,わたなべさんの紹介いただいたサイトで特許を調べたらその解決法も載ってたのでこれからちょっと試してみたいと思っているところです.
今回のモータはφ16で小さいのでコイルの電気時定数が小さくて大変なんです.今使ってるモータはte=27.6usec(36kHz相当)なので,十分平滑化するためにPWM周波数10倍とすると360kHzにもなってしまいます.また,機械的な時定数も小さいので無負荷だとロータが振動しやすいです.誤差入力にもちゃんと追従しちゃってるのかもしれません.
入力電流波形が理想とずれることによるトルクリプルの発生→モータの振動→それが原因でさらにズレる駆動波形・・・っていう感じでしょうか..

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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.
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