Cosa metto tra la porta PWM del controllore e un motore DC brushless ?
 

Buongiorno a tutti,

con l'augurio di non essere nella sezione sbagliata, ne di fare una domanda troppo stupida ne fuori tema, vorrei capire
(un buon link che spiega tutto e' piu che sufficiente) cosa devo mettere in termini di elettronica
tra l'uscita PWM della mio controllore e il
motore DC brushless.

Sono assolutamente bianco su questi argomenti e sto cercando di farmi una cultura. :)

Da quel che ho capito, il motore (ho visto le spec di un micro brushless) prende in ingresso
un corrente di diversi ampere (8 nel caso di quello che ho visto io). La velocita' di rotazione
e' direttamente proporzionale alla corrente fornita in ingresso e la velocita' del motore e' controllata generalmente tramite un segnale PWM (per favore correggetemi se
sbaglio).

Sempre cercando su internet ho trovato questo esempio di controller ma non ho capito
come funzionano.

HobbyKing Online R/C Hobby Store : Blue Arrow 8A 1S Brushless Controller

I tre fili in blu suppongo siano l'uscita da collegare al motore. I due grossi
sono quelli da collegare alla batteria che fornisce la corrente per pilotare il motore.
Ma gli altri 3 piu piccoli? Io mi aspettavo altri due piccoli sul quale mandare il segnale
PWM di controllo. Inoltre posso collegare tranquillamente l'uscita PWM del microcontrollore a un controller di quel tipo, oppure e' sempre meglio un optoisolatore
per preservare il microcontrollore?

Grazie in anticipo.

Ciao e Benvenuto.
Un ESC (Electronic Speed Controller, regolatore di velocità) per motori BL (brushless), del tipo indicato in figura che hai linkato. Naturalmente l' ESC deve essere idoneo al modello (aereo, auto, ecc) che vuoi comandare oppure di tipo programmabile; per un automodello, ad esempio, può servire l' inversione di marcia che per un aereomodello invece viene convertita o riprogrammata in una maggiore escursione della velocità del motore.
Si è così, sia il segnale PWM in uscita al regolatore (che è un segnale di potenza ovvero amplificato in corrente) che quello in uscita alla ricevente possono controllare velocità e direzione, ma con modalità diverse; il primo tramite un duty-cicle (velocità) che può avere polarità alternata (direzione) mentre il secondo con un duty-cycle soltanto positivo (velocità + direzione) dove l' impulso con periodo di 1,5microsecondi equivale al neutro (inattivo) mentre se riferita ai servocomandi alla posizione di mezzo (centrale).
Con riferimento alla figura che hai linkato, si tratta di un ESC BL a tre fasi, i fili grossi blu da collegare al motore, il quale può integrare o meno un regolatore di tensione (generalmente anch' esso di tipo switching), che fa da BEC (Battery Eliminator Circuit), per l' alimentazione della ricevente e dei servocomandi (diversamente servirebbe un regolatore separato da collegare alla batteria oppure un pacco batterie dedicato). Al connettore con i due fili grossi rosso e nero va collegata la batteria, a quello più piccolo con tre fili la ricevente. Di quest' ultimo il rosso fa capo alla tensione regolata dal BEC (se presente), l' arancione trasporta il segnale pwm dalla ricevente verso il regolatore mentre il nero è la massa comune sia all' alimentazione che al segnale pwm.

Da notare che l' ESC in figura ha i poli di alimentazione (+ e -) invertiti :mellow: quindi o è fuori standard, o usa il positivo anzichè il negativo a massa, o si tratta di un errore ..
Quando hai a che fare con tensioni che sono all' incirca dello stesso ordine di grandezza non è necessario provvedere ad un isolamento galvanico tra le due (tranne che per alcune particolari applicazioni, ad es. in campo medico). Le riceventi sono già predisposte per il collegamento diretto all' ESC e non usano fotoaccoppiatori, e anche se usi un microcontrollore fai da te non è necessario (il fotoaccoppiatore può essere utile ad es. per isolare la parte di comando a BT del microcontrollore da quella di potenza a tensione alternata di rete che usa degli SCR o dei TRIAC).

Prima di tutto un grazie infinite per la risposta dettagliata.
Non vorrei approfittare della tua disponibilità ma ho ancora dei
dubbi che avrei bisogno di chiarire (a tal proposito cerco una guida
per la scelta dell'acquisto di tali controllori)

Avevo gia letto di controllori programmabili, ma non ho capito che si intende e non ho
trovato un link che spiegasse il significato. Se hai qualcosa da farmi leggere te ne sarei
grato. :)
Ad ogni modo a me serve per un quadricottero quindi suppongo non mi serve programmabile.

Comunque (da ignorante) non capisco perche si chiama regolatore di velocita, se la regolazione avviane tramite il segnale logico PWM che arriva dal microcontrollore, e non semplicemente amplificatore di segnale. Mi sono perso un pezzo?

Qui mi sono perso. E sicuramente perche sono ignorante in materia, non per la tua spiegazione. Che intendi per regolatore e ricevente?
Nella mia testa ho lo schema
[1]microcontrollore -> [2]amplificatore di corrente -> [3]motore

[1] - Manda il segnale logico PWM di controllo/velocita (avevo letto qualcosa su come cambiare la direzione e si puo gestire con un duty-cicle maggiore o minore del 50% se
si ha un circuito con ponte a H, che non ho completamente appreso ma che nel mio caso (quadricottero) non dovrebbe servire)
[2] - Amplifica e basta, niente logica (forse nel cado di ponte a H, gestisce la logica della direzione?)
[3] - Riceve il segnale di controllo amplificato

Neanche ti chiedo di rispiegarmelo questo. Ci sono troppi termini a me nuovi (servocomando, ricevente, BEC). Faccio una ricerca/studio e poi rileggo. :-)

L'isolamento galvanico non dovrebbe servire per evitare che una corrente troppo
forte torni al microcontrollore da parte del ESC? Nel mio caso comunque non ho
un semplice microcontrollore, ma un processore quindi vorrei preservarlo in tutti i modi. :)

Grazie ancora per la spiegazione.

No ne hai persi due!! Il segnale che esce dalla ricevente è sì un PWM, ma con una certa frequenza che non è assolutamente compatibile con la regolazione del motore; nei brushless poi ci sono tre fasi che vanno alternate sugli avvolgimenti secondo una determinata sequenza che determina anche il senso di rotazione.


Il microcontollore invia segnali di controllo ai regolatori che pilotano i motori; il segnale che arriva ai regolatori è un PWM che non può essere inviato ai motori e richiede una buona dose di elaborazione; il ricevitore è a monte e serve a dire al microcontrollore come gestire i motori per fargli fare quello che noi gli diciamo di fare attraverso la radio.

Questa invece non l'ho capita io!!!

Michele

Potresti spiegarmi cosa si intende per ricevente?
Nel mio caso ho solo un micro, un motore DC brushless, e qualcosa da mettere in mezzo
per regolare la velocita' di rotazione del motore (niente cambio di direzione).


Vediamo se ho capito. La ricevente, che nel mio caso non ho, riceve comandi attraverso la radio,
lui invia un PWM al microcontrollore con una certa frequenza, il micro converte il segnale PWM in un altro segnale PWM ad una frequenza piu appropriate e la manda al regolatore di velocita'?

Potresti indicarmi un tipico schema elettrico di controllo di velocita di un motore brushless DC tre fasi semplice semplice, partendo da un segnale pwm? Cosi provo a studiarmelo.

Grazie per la pazienza e la disponibilita'.

Più o meno hai capito...

Sul forum la stragrande maggioranza parla in termini di ricevente perché è il caso più comune. Nel tuo caso hai un microprocessore e potresti pensare di emettere su un piedino un segnale compatibile con il protocollo noto delle riceventi (attento che non è esattamente un pwm...)

Da essa esce quello che molti chiamano pwm (ma che secondo me non è) che potremmo invece descrivere come fatto da impulsi la cui durata varia da 1 a 2 ms ed intervallati da periodi di silenzio abbastanza lunghi, credo di durata dell'ordine di almeno una ventina di impulsi di cui sopra, diciamo almeno 400ms. La durata dei silenzi è rilevante solo per capire se c'è perdita di segnale ma non è rilevante sul messaggio portato dal segnale (ecco perchè non è un pwm, non importa il duty cicle).

Questo segnale viene interpretato da tutte le periferiche che noi modellisti conosciamo, fondamentalmente servocomandi e esc.

In particolare l'esc ha una sua logica a microprocessore che mappa la durata di tali impulsi sul vero pwm da inviare al motore (previa amplificazione), questa logica non è del tutto banale in quanto deve tenere conto anche dell'effettivo regime di rotazione del motore e di tutte le impostazioni che possono essere fatte su questi esc. Considera che si tratta di motori trifase SINCRONI che sono abbastanza delicati, sei il segnale non si autoadatta al loro regime di rotazione si fermano molto facilmente.

Come ulteriore dettaglio posso dirti che gli esc "aeronautici" associano il segnale 1ms al minimo (motore fermo) e il segnale 2ms al massimo.
gli esc auto/nave associano il segnale 1,5ms allo zero, i 2ms al massimo e 1ms a qualcosa che secondo le opzioni può essere retromarcia, freno o una combinazione dei due.

Il discorso che ho fatto sopra si riferisce al caso in cui tu voglia, come dicevo, simulare a tutti gli effetti il segnale uscente dalle nostre riceventi per pilotare degli esc commerciali, questa sembra la soluzione più semplice.

Diverso è il discorso se tu pensi di implementare in toto la logica presente dentro gli esc, eliminando il passaggio ulteriore dell'esc commerciale, in questo caso le difficoltà che mi vengono in mente sono le seguenti:

1) Dovrai uscire con tre segnali per ogni motore (contro 1 per ogni... della versione semplice) quindi problemi con il numero di piedini disponibili

2) Dovrai costruirti tutta la parte di potenza (non so darti alcuna indicazione)

3) Dovrai implementare tutta la logica di inseguimento del regime del motore in proprio e questo non è assolutamente banale, considera che in ogni istante dei tre capi del motore due saranno alimentati e uno verrà usato come feedback per capire la posizione del rotore... più tuuto quello che riguarda timing (questo sconosciuto) freni, soft start e quant'altro.

Questa cosa che a me sembra complicatissima, in realtà c'è qualcuno che la fa... se vuoi puoi divertirti a leggere qualcosa partendo da questo tread

Sconsiglio di partire a disegnare un regolatore per BL... si trovano già fatti che funzionano bene; li puoi pilotare con un segnale PWM che varia da 1mS a 2mS che normalmente è ripetuto ogni 20mS (non 400!).
Il tempo di 20 mS è dovuto al fatto che la radio trasmette in un unico frame tutti i canali in sequenza e quindi per 8 canali servono 2ms x 8 + una pausa di sincronismo.
Se i regolatori te lo permettono puoi anche inviare l'impuso di comando ad una frequenza più alta, con il vantaggio di avere una regolazione più precisa.

Michele

Beh, è semplice, basta che visiti il sito di un produttore (talvolta anche presso quello dei rivenditori) di ESC, generalmente nella sezione dei download trovi i datasheet con le caratteristiche e i manuali con le istruzioni +o- dettagliate inerenti il cablaggio e la programmazione.

Esatto, se hai già individuato il tuo modello basta che scegli un regolatore per elicotteri/quadricotteri .. A dire il vero anche quelli dedicati (ad una specifica categoria di modelli) possono essere del tipo programmabile, però anzichè essere FULL PROGRAMMABLE ti consentono di intervenire solo su una specifica e più ristretta gamma di controlli generalmente senza che vi sia la necessità di acquistare il programmatore a parte.

Secondo lo schema che hai in mente il discorso non fa una piega! Le cose cambiano però quando passi dall' autocostruzione all' acquisto di moduli preassemblati che seguono lo standard del modellismo.

Per il fai da te puoi integrare il tutto in un' unica scheda utilizzando:
_ modulo radio (riceve il segnale della trasmittente e lo converte in banda base affinchè possa essere elaborato dal microcontrollore)
_ microcontrollore (estrae le informazioni dei vari canali dal multiplex ricevuto e le elabora fornendo direttamente in uscita il segnale di controllo per il ponte H che alimenta il motore)
_ FULL H-BRIDGE (funge sia da amplificatore di corrente che da inversore di polarità).

Nota: per il pilotaggio degli H-bridge attraverso le porte PWM hardware di un MCU o per simularle via software sui suoi GPO puoi fare riferimento alle innumerevoli AN (Application Note) che trovi in rete.

Come penso avrai intuito da quanto ho accennato sopra, regolatore e ricevente sono i moduli già pronti, disponibili in commercio e tra loro compatibili, per essere assemblati da chi pratica il modellismo. La ricevente ha il compito di ricevere il segnale inviato dalla trasmittente e renderlo disponibile in uscita sotto forma di canali logici, ognuno relativo all' azione proporzionale di uno stick, ma anche di un interruttore o comando. Ai canali puoi collegare tutto ciò che sfrutta il relativo protocollo di comunicazione: regolatori di velocità per le varie tipologie di motori, servocomandi, switch ecc. Il PWM (più precisamente +PWM) in uscita dalla ricevente è un segnale di comando codificato per un uso generico con regolatori, servomotori, ecc, attraverso la durata degli impulsi. Questo non può essere semplicemente amplificato in corrente ed applicato al motore (anche se teoricamente la ricevente la si può predisporre) semplicemente perchè non segue gli standard del modellismo.

Ma solo in abbinamento con un ESC, variando il duty-cycle (ciò agendo soltanto sulla larghezza dell' impulso del segnale pwm) puoi controllare sia velocità che verso di rotazione.

leggiti questo topic http://www.baronerosso.it/forum/circ...3-ponte-h.html relativamente ai comandi DIR, BRAKE e PWM e datasheet allegati.

Processore è un termine troppo generico, dovresti fornire maggiori dettagli.
In campo modellistico ricevente ed ESC sono già disaccopiate a livello di interfaccia (i circuiti di controllo) mentre per quanto riguarda le alimentazione ci si fa affida al regolatore (switching o lineare) interposto fra le due.

Mmm... credo che abbiamo introdotto un po di confusione.

1) Sull'interfaccia disaccoppiata tra esc e ricevente nessun produttore ti da la sicurezza che dici. Se vuoi averla devi scegliere un regolatore opto isolato.

2) Il regolatore (detto bec) non è interposto tra esc e ricevente viene solo ospitato sullo stesso circuito dell'esc ma si guarda bene, in uno schema logico a blocchi, dal trovarsi fra i due.

Credo di avere le idee piu chiare adesso grazie alle vostre risposte e a
questo link (magari puo servire a qualcun altro) ttp://robots.freehostia.com/SpeedControl/SpeedControllers.html

Per un controllo di base di velocità è sufficiente un segnale PWM e un amplificatore
di corrente (mofset di potenza etc). Essendo il motore trifase il circuito elettrico e'
un pelo piu complicato. E si arriva fino al full-bridge per il controllo completo a partire
dal PWM.

Nel campo della modellistica, dovendosi interfacciare anche con segnali PPM
(credo quello che arriva alla ricevente) ci sono drive piu complessi. Ora dovrebbe essere
tutto chiaro.

Googlando ho trovato questo drive controllato addirittura in I2C

https://www.mikrocontroller.com/inde...7c148162fe01a6

ma anche qui non trovo il datasheet. A dire il vero non ho trovato il tasto download
nei siti che ho visitato. Se ne avete anche uno da passarmi (su un drive programmabile per brushless trifase) ve ne sarei grato, cosi mi faccio un idea.

A questo punto l'ultima domanda è (forse dovrei aprire un altro topic),
sapresti indicarmi (modellistica o meno) un drive per motore brushless trifase (di quelli poi usati
per quadricotteri) che in ingresso vuole solo il segnale PWM (niente ricevente, niente PPM, niente logica, solo amplificazione del segnale)?

Grazie davvero a tutti per le risposte.:wink:

Rettifica
msg1: ovviamente sono 1,5 millisecondi non micro.
msg2: in ".. semplicemente perchè non segue gli standard del modellismo." c'è il "non" di troppo.

Non ci siamo ancora. In breve, ogni trasmittente possiede un dato numero di canali, ognuno associato all' azione proporzionale di uno stick. I vari canali vengono prima multiplexati usando codifiche come la PPM, PCM o altre proprietarie (è il caso delle radio in banda ISM a 2,4 Ghz) dopodichè il multiplex ottenuto viene usato per modulare in AM/FM/GMSK/DSSS ecc la portante a radiofrequenza.

In breve, la ricevente esegue il procedimento opposto ovvero demodula il segnale a radiofrequenza ottenendo il segnale in banda base PPM/PCM ecc, quindi lo demultiplexa riottenendo l' informazione associata ai vari canali di partenza. Tale informazione viene usata per modulare il segnale +pwm in standard modellistico generato per ognuna delle uscite (canali).

Sicuramente, però non credo da parte mia :P.. ma visto il poco tempo che mi rimane mi limito soltanto a rispondere alle affermazioni per le quali sono stato tirato in causa.
1) Veramente ci sono vari modi per ottenere un buon livello di sicurezza senza ricorrere all' uso estremo di opto-isolatori ...

2) Non ho detto che il regolatore di tensione è interposto tra ESC e RICEVENTE a livello di interfaccia bensì a livello di alimentazioni:

<<In campo modellistico ricevente ed ESC sono già disaccopiate a livello di interfaccia (i circuiti di controllo) mentre per quanto riguarda le alimentazione ci si affida al regolatore (switching o lineare) interposto fra le due>>.

Esatto, per una alimentazione singola. Per una duale invece basta un HALF-BRIDGE.
NO! Non ti è ancora del tutto chiaro:D. Il segnale PPM (dei primi sistemi radio per modellismo) arriva si alla ricevente ma non viene riportato in uscita (vedi post precedente) tale e quale. Il segnale in uscita da ogni canale della ricevente è sempre e solo un +PWM idoneo a pilotare servocomandi, regolatori di velocità, switch, ecc, ma non un H-BRIDGE. E poi non esistono H-BRIDGE con ingresso PPM, almeno fino ad ora.
Si, in commercio ci sono H-BRIDGE a tre fasi con ingressi pwm indipendenti per ogni fase (vedi per esempio gli STMicroelectronics e i Toshiba) .. ma non stai prima a prenderti un ESC per motori bruschless da comandare in +PWM con il tuo "processore"??:rolleyes:

Ciao

Driver BL
 

C'è qualcosa ancora che ti sfugge... non puoi usare un segnale PWM e 'amplificarlo' per pilotare un motore BL.
Il motore BL deve essere pilotato con 3 fasi sincronizzate tra loro e sicronizzate con il movimento del motore.
Qui trovi una nota applicativa che ti spiega come realizzare un controller per BL:

http://www.atmel.com/dyn/resources/p...ts/doc8138.pdf

Michele

Si si adesso e' chiaro. :-) Mi son guardato anche la PPM su internet. La PPM e' usato per la modulazione che la ricevente demodula e trasforma in PWM come dici tu.
Grazie.


Se ne hai qualcuno da consigliarmi con tanto di datasheet te ne sarei grato.

Si hai ragione. Mi sono espresso male. "Amplificare il segnale PWM" non era quello che intendevo.

Il link che mi hai passato e' interessante.

Visto che ormai ci siamo, il problema che adesso devo risolvere e' pilotare 4 motori
dc brushless con una scheda che ha solo 2 SPI, 1 I2C, 3PWM, e diverse GPIO con le quali poter emulari segnali PWM via software. Vorrei evitare di comprarmi un altra board. Quella che ho ovviamente non e' stata acquistata per questo motivo, ma visto che ce l'ho vorrei usarla.

Grazie a tutti.

Ma non avevi detto che il tuo "processore" non era un semplice microcontrollore? Se c'è una cosa che all' interno possiede CPU, ALU e le periferiche che hai menzionato si tratta proprio di un microcontrollore! Non è che per caso hai a che fare con una scheda della serie :)"Beduino":asd::asd:, quelle che si programmano per così dire in C, ma non vuoi dircelo??

E' un BeagleBoard che monta un OMAP3530 della Texas Instrument. E' l'unica board che ho a disposizione e non credo sia pensata per metter su un quadricottero, ma volevo vedere se era riutilazzabile. Ripeto, sono consapevole del fatto che sia un processore
pensato per fare altro e non automazione di questo tipo. Ma sotto mano, questa ho! :)

Per me NO!
Se non mi sbaglio quello ha un core ARM com periferiche per il trattamento di immagini e la cattura di segnali video e poche risorse per tutto il resto, che invece è quello che ti serve; se hai esperienza con le architetture ARM comprati una schedina con un cortex m3 (le trovi in rete da 10 a 30 EUR) o la LPCXpresso della NXP dove hai la scheda di valutazione e un mini sitema di sviluppo completo per programmare il chip e debuggare, sempre abbondantemente sotto i 50 EUR.

Michele

Lo sto cominciando a pensare anche io. Si ha un Cortex A8 piu un DSP C6000. Infatti l'ho comprata per farci altro. Stavo dando gia un occhiata a qualche scheda basata sul Cortex M3, in particolare quelle con il SoC STM32. Se ne conosci qualcuna che credi faccia al casa mio fammi sapere. Daro un occhiata a quella della NXP.

Da quel che ho capito mi serve una scheda con almeno 4xI2C per i motori 2SPI per i sensori (accelerometri e giroscopi) e basta. O mi serve altro? L'ideale sarebbe con un SPI in piu per collegarci la Beagle (che deve stare sul quadricottero per altri motivi :)).

Grazie.

Non voglio dubitare delle tue capacità, però... I2C e SPI sono bus seriali che sopportano più periferiche: con un solo I2C piloti tutti i motori...
Mi sa che devi studiare ancora un po'!

Michele

E' indubbio che devo studiare, infatti questo progetto lo sto facendo per questo. Il quadricottero non e' il fine, ma il mezzo. E continuo a ringraziarvi per la pazienza
e la disponibilita'. Davvero.

Ieri leggevo un artivolo sull SPI con il quale puoi controllare piu motori a patto tu abbia
una porta CS (chip select o SS-slave select) per ogni dispositivo, e nel mio caso (guarda caso) ne ho solo 3. Ho letto anche della possibilita' di collegamento in daisy chain (in serie dei dispositivi), ma deve essere supportato dagli slave come modalita'. Quindi devo vedere se i controller di cui sopra supportano la configurazione daisy chain.

Sul controllo in I2C mi devo ancora documentare. Se pero come dici tu con una porta I2C controllo tutti i motori, allora con la mia board posso farcela. Perche dici di no? Tralasciando il fatto che sia pensata per fare altro e che sia stra-mega-sovradimensionata per questa applicazione.

Alla fine ho preso questi che si comandano in I2C.

https://www.mikrocontroller.com/inde...roducts_id=504

Pero mi aspettavo almeno un datasheet invece non mi è arrivato
NIENTE. Si trovano "alcune" info sul loro wiki. Mi hanno pure
detto per email dopo che ho chiesto spiegazioni che non rilasciano
certe informazioni (tipo i comandi I2C che gli ho chiesto).
Fortuna che il codice del loro firmware è open source e ho trovato i comandi, pero
che professionalità.