Что такое регулятор (контроллер) скорости и для чего он нужен можно почерпнуть из предыдущей статьи про . А сегодня речь пойдет о типичных настройках регулей и способах их изменения.
Настройки регуляторов скорости
- Brake (тормоз) . Варианты - включен, выключен, иногда также есть "плавный тормоз". При включенном тормозе при убирании газа в ноль регулятор будет принудительно останавливать двигатель, при выключенном - двигатель некоторое время будет продолжать вращаться по инерции.
- Batterry type (тип батареи) . Варианты - Li-xx, Ni-xx, иногда Li-Fe. Выбор типа аккумулятора между литиевыми (литий-ионные, литий-полимерные) и никелевыми (никель-металлгидридные, никель-кадмиевые). Данный параметр влияет на пороговые напряжения отсечки.
- Cut off type (тип отсечки) . Варианты - Soft-cut, Cutt-off, иногда также Middle-cut. Тип срабатывания отсечки двигателя при падении напряжения питания - жесткая, когда двигатель просто отрубается сразу, либо мягкая, когда он постепенно снижает обороты.
- Cut off voltage (напряжение отсечки) . Варианты - Low, Middle, High, либо напрямую напряжение отсечки. Задает порог напряжения при котором происходит отсечка. На этот параметр также влияет выставленный тип аккумуляторов - напряжения отсчки для никелевых аккумуляторов ниже, чем для литиевых. Высокий порог отсечки наименее опасен для аккумулятора, но опасней всего для модели.
- Start mode (режим старта) . Варианты - Normal, Soft, Very soft. Режим старта мотора. В нормальном режиме мотор сразу раскручивается на полную мощность, при мягком старте - вносится искусственная задержка. Нормальный режим в основном используется для моторов с пропеллерами, мягкий режим - для моторов вертолетов, чтобы не угробить зубцы на пластиковой шестерне.
- Timing mode (время тайминга) . Варианты - Low, Middle, High. Что такое тайминг я описывал в предыдущем посте - это сдвиг фазы подачи напряжения на обмотки, для разных моторов и условий их работы оптимальное значение может различаться. Обычно его выставляют по наибольшей эффективности работы мотора. Как правило моторы с большим количеством магнитных полюсов требуют выставления более высокого тайминга. При изменении этой настройки нужно обязательно проверять работу мотора в стендовых испытаниях, т. к. при неправильном тайминге есть риск получить срыв синхронизации мотора в определенных условиях.
- Music (музыка) . У некоторых моделей регуляторов есть возможность выбора нескольких музыкальных мелодий, которые будут проигрываться при включении и самотестировании регулятора. Любопытный нюанс - регуляторы не имеют своего динамика для индикации звуками, они для этой цели используют обмотки подключенного мотора подавая на них переменный ток. Т. е. пищащий регулятор - это на самом деле пищащий мотор. 🙂
- Li-po cells (количество банок) . Обычно эта настройка есть у регуляторов рассчитанных на работу с многобаночными (больше 4) аккумуляторами. Позволяет жестко задать кол-во банок используемого питающего аккумулятора.
- Governor mode (режим говернора) . Варианты - включен, выключен. Термин "говернор" пришел к нам из р/у моделей с двигателями внутреннего сгорания, там говернором называют устройство жестко поддерживающее определенные обороты двигателя при заданной ручке газа. Здесь он означает то же самое. Режим говернора обычно используют в CP вертолетах, чтобы двигатель не "проседал" при маневрах.
- PWM (частота PWM) . Некоторые регуляторы позволяют задать частоту модуляции управляющего сигнала на двигатель. Выбор обычно между 8 и 16 кГц. Большая частота позволяет более точно и плавно регулировать обороты, но снижает КПД регулятора (в этом режиме он больше греется).
- Reverse (реверс) . Некоторые регуляторы позволяют изменить направление вращение мотора программно. Для тех контроллеров, которые этого не умеют, можно сделать это "железно" поменяв местами любые два провода на мотор.
- Current limiting (ограничение тока) . Эта настройка также достаточно редка. Она позволяет задать ограничение тока на мотор при котором регулятор отключается.
Это основные настройки. У некоторых специфичных моделей (особенно дорогих), могут быть и другие возможности настроек, которые обычно указываются в инструкции на регулятор.
Способы программирования регуляторов скорости
Вариантов программирования ESC несколько:
- Программирование ручкой газа. Этот вариант не требует никаких дополнительных устройств, но он кошмарно неудобен. Смысл в том, что регулятор присоединяется к приемнику, включается при задранном на 100% газе, при этом он переходит в режим программирования и начинает издавать писки. По количеству писков и по паузам между ними определяется какой параметр сейчас изменяется, а движением ручки газа производятся действия по изменению настроек. В общем, это сродни программированию некоторых древних Российских мини-АТС, которые также программировались по телефону на основе гудков и писков. Честно говоря этот способ настолько заморочен и неудобен, что я даже не стал в нем разбираться, потому что есть способ №2.
- Программирование контроллеров с помощью карты программирования. Это самый простой и наглядный способ, но для него понадобится приобрести специальное устройство - карту программирования. Стоит она недорого: 5-15$. Беда в том, что для разных производителей регуляторов нужны свои карты программирования. Более того, для различных линеек регуляторов от одного производителя порой нужны различные карты программирования. Для хоббикинговских регуляторов нужны соответственно хоббикинговские карты программирования , они же поддерживают регуляторы фирм H-Wing, OEMRC и Turnigy Speed. Для регуляторов фирмы Hobbywing нужна соответствующая карта, она же программирует RCtimer"овские регуляторы. Как правило, все карты программирования имеют индикаторы для показа текущих установок, несколько кнопок для перемещения между настройками и изменения их, а также кнопку для сохранения настроек. Поэтому процесс программирования в данном случае значительно более простой и удобный, чем с помощью ручки газа, поэтому задумайтесь о приобретении карты программирования, если собираетесь настраивать свои ESC.
- Третий способ экзотический - он доступен как правило только для дорогих регуляторов. Это программирование с помощью адаптера USB, или через ИК пульт. В этом случае вместе с устройством идет специальный адаптер (либо он приобретается отдельно), а настройки изменяются с помощью пульта, либо с помощью программы на компьютере. Некоторые регуляторы с программированием через USB имеют весьма продвинутые настройки, например, возможность задать кривую газа непосредственно для регулятора, или загрузить мелодию для проигрывания при старте.
Программирование регулятора с помощью карты программирования
Покажу как программируется регулятор на примере карты для регуляторов Hobbywing, которая также подходит и к регуляторам RCtimer. Для регуляторов со встроенным стабилизатором достаточно просто подключить управляющий шлейф регулятора к разъему "BEC" на карте программирования, затем подключить к регулятору аккумулятор. Через несколько секунд на карте загораются лампочки и показывают текущие настройки.
При программировании регуляторов без стабилизатора питания, или с отключенным проводом питания, необходимо подать на карту программирования питание со стороны. Это можно сделать, например, с приемника, или еще откуда-нибудь. Напряжение питания: 5-6 Вольт. Мне показалось удобней всего использовать для этих целей кассету под АА аккумуляторы с разъемом под приемник, вот эту . В остальном процесс ничем не отличается.
Ну вот, про программирование ESC написал, теперь можно со спокойной совестью программировать свои 6 регуляторов для квадрика. 🙂
Если вы хотя бы раз в процессе использования квадрокоптера задавались вопросам о предназначении той или иной детали — о ESC Motor, например, — то наша статья как раз для вас.
ESC Motor, он же Electric Speed Controller — это контроллер скорости, устанавливаемый на бесколлекторных моторах. Основная задача этой детали — передача энергии от аккумулятора к трехфазному бесколлекторному мотору и преобразование в энергию постоянного тока. Еще одна задача electric speed controller — ограничение тока, который проходит через фазы при коммутации.
Для того, чтобы разобраться с работой контроллера ESC подробнее, стоит сначала подробнее узнать об устройстве мотора, чем мы и займемся в статье ниже.
Как работает бесколлекторный мотор квадрокоптера
Бесколлекторный мотор в своей конструкции имеет три фазы (или обмотки). Условно их называют латинскими буквами А, В и С. Все проводники соединяются в фазы с выводами на конце. На картинке ниже вы можете увидеть два способа соединения:
Процессы, происходящие внутри бесколлекторного двигателя в процессе работы, схожи с реакцией рамки с током под воздействием магнитного поля — той самой, из школьных физических опытов. Рамка при помещении в магнитное поле начинала вращаться, притом совершала это движение не постоянно, а до определенного момента. Для постоянного вращения был необходим переключатель направления тока.
По аналогии с физическим опытом: в бесколлекторном моторе рама — это обмотка (или фазы), а переключатель — электроника, которая в определенные моменты подает постоянное напряжение к нужным фазам стартера.
Для того, чтобы работа двигателя была непрерывной, электроника должна уметь распознавать положение ротора. Делает это она при помощи датчиков — оптических, магнитных, дискретных и так далее. Последние, к слову, используются в большинстве современных моделей.
В бесколлекторном двигателе, имеющем три фазы, установлены три датчика соответственно. Именно благодаря им управляющая электроника всегда имеет точные сведения о положении ротора, и в какой момент и к каким фазам требуется подать напряжение.
Но также среди бесколлекторных двигателей встречаются и такие виды, в устройстве которых датчики не предусмотрены. В таком случае положение ротора электроника определяет, проводя измерение напряжения на обмотке, которая в момент проверки находится не в работе.
Когда датчики не ставят?
Бесколлекторные моторы, имеющие в своей конструкции датчики, о которых речь шла выше, считаются наиболее современными, функциональными и технически оснащенными, но вместе с тем и самыми простыми. Всё это делает их наиболее предпочтительными для установки в радиомодели. Однако в мире нет ничего идеального, поэтому такой подвид двигателя также имеет определенные минусы.
Во-первых, для корректной работы от каждого датчика в двигателе необходимо проложить провод для обеспечения питания. Во-вторых, если хотя бы один из датчиков выйдет из строя, то весь двигатель не сможет работать. В-третьих, замена датчика требует полной разборки всего двигателя, а значит относится к дорогостоящим услугам в сервисном центре.
Двигатели с датчиками преимущественно ставятся в те квадрокоптеры, запуск которых связан с большими нагрузками на вал двигателя.
Если же нагрузки на вал не предусмотрены, то можно использовать и двигатель без датчиков. Такой подвид также используется и в моделях, в которых разместить двигатель с датчиками не позволяет конструкция.
Однако, при установке двигателей такого рода стоит учитывать, что в момент запуска могут происходить колебания или вращения оси двигателя в разные стороны.
Какую характеристику Вы бы хотели улучшить в квадрокоптерах?
Обязательный электронный узел
Возвращаемся к electric speed controller. Нужен этот механизм для регулятора скорости вращения электрического магнитного поля и одновременно с этим — для подачи напряжения на те фазы, на которые необходимо.
Конструкция ESC — микроконтроллер, в который встроена программа и силовые ключи MOSFET.
Характеризуется ESC по максимальному показателю подаваемого от батареи к мотору тока.
Из-за этого нередко начинающие радиолюбители-конструкторы отдают предпочтение регуляторам с высокими показателями запаса тока — это не всегда верно. Так, зачастую можно подобрать контроллер и с меньшим запасом, однако работать он будет лучше. К тому же плюсом будет и меньшая стоимость, и меньший вес.
Но вот чем отличаются контроллеры, так это качеством — нередки, к сожалению, случаи, когда производители экономят даже на термопасте. Из-за халатного отношения к производству регуляторы быстро сгорают. Именно по этой причине, если вы выбираете между двумя ESC с идентичными характеристиками, но различной ценой — отдайте предпочтение более дорогому.
Существует два вида регуляторов скорости: BEC и UBEC. BEC — Battery Eliminator Circuit — регулятор, имеющий в своей конструкции встроенный стабилизатор напряжения. Средний показатель мощности такой модели — 5В, именно ей и обеспечивается питание приемника и многой другой аппаратуры квадрокоптера.
UBEC — Universal Battery Eliminator Circuit — съемный стабилизатор напряжения. Некоторые радиомоделисты в конструировании квадрокоптеров отдают предпочтение именно Universal Battery Eliminator Circuit, так как считают, что этот вариант — более надежный, так как не зависит от температуры регулятора.
UBEC’и также делятся на два типа: импульсные и ионные. В целом они практически идентичны, но первые особенно хороши высоким показателем коэффициента полезной деятельности (который, к слову, растет вместе с ценой на изделие) и меньшим перегревом. Однако в случае с таким видом стабилизатора крайне важно не запараллеливать питание. В работе с ионными стабилизаторами такая установка хоть и не рекомендуется, но всё же допускается.
Микроконтроллер, установленный во всех регуляторах, имеет несколько настраиваемых параметров — тормоз, напряжение, время запуска и его жесткость и так далее.
Калибровка регулятора
Несмотря на то, что калибровка регуляторов зависит от конкретной модели квадрокоптера, на котором этот контроллер используется, есть один метод, общий для всех – настройка и калибровка сразу всех регуляторов.
Стоит отметить, что если у вас квадрокоптер от компании DJI, то вам калибровка не потребуется.
Важное замечание – перед тем, как начинать калибровку контроллеров, откалибруйте радио и подключите регуляторы к моторам.
Перед началом работ всегда убеждайтесь в их безопасности – снимите пропеллеры и отключите квадрокоптер от сети или USB.
Дальнейшие работы будут проходить в несколько этапов.
На первом этапе включите пульт дистанционного управления и выведите стик, отвечающий за подачу мощности, в максимальное положение. Если после подключения литий-полимерного аккумулятора огни на полётной аппаратуре начали циклически загораться красным, синим и желтым, значит, вы всё сделали правильно и APM готов к процедуре калибровки.
На втором этапе, не трогая стик мощности, отключите и снова подключите аккумулятор. Благодаря этой процедуре включится режим калибровки для автопилота. Подтверждением этому будет поочередное мигание красных и синих светодиодных огней, словно на автомобиле полиции.
Только после того, как прозвучит сигнал ровно столько раз, сколько банок имеет ваш аккумулятор (например, для 3S должно быть 3 сигнала), вы сможете убрать стик мощности в минимальное положение.
Если после этого вы услышите однократный, но продолжительный сигнал – значит, процесс калибровки окончен.
В качестве проверки немного поддайте моторам газу – если они начали вращаться, то всё сделано верно.
На третьем этапе совершается выход из режима калибровки регуляторов скорости – для этого стик мощности устанавливается в минимальное положение, а аккумулятор отключается.
Более подробную инструкцию о калибровке контроллеров вы можете посмотреть на видео ниже.
Данные регули брал с КИТом коптера на али (с целью поиграться и попробовать -что же такое коптер), один сгорел до первого полета, и еще 4 в процессе учебных полетов. Вот появилось время и решил попробовать восстановить (зима, делать все-равно нечего).
Снял термоусадку, аккуратно поддел радиатор и увидел следующую картину:
Вверху, отмеченные стрелками-5ти вольтовые стабилизаторы 78M05, с них и начал проверку.
Проверил один и второй соответственно. На всех пяти сгоревших регулях стабилизаторы оказались исправны. Ниже стабилизаторов стоят МОСФЕТ-транзисторы-вот такие:
По два на каждую фазу(вычислил методом научного тыка):
Как работают МОСФЕТы разбираться было лень, поэтому для поиска сгоревших прибег к вышеописанному научному методу, взял тестер и попробовал померять сопротивление между ножками. Сразу повезло, на рабочих мосфетах показания были такие, нижние пимерно 10кОм
Верхние мосфеты около 70кОм
Неисправные же мосфеты показали КЗ и 3кОма
Выпаивал мосфеты паяльником, но лучше конечно феном. У меня таких же на замену не было-попросил товарища, он мне навыпаивал со старых материнок вот такие:
Они не на 30 ампер, а на 50, но подошли.
У меня на всех регулях мосфеты вылетали парами(одна фаза), на одном вылетели все три фазы.
В общем из пяти регулей получилось восстановить четыре. Проверку работоспособности проводил с помощью тестера для сервопривода:
Потом намазал термопастой, поставил радиатор и одел в термоусадку:
Ну вот, собственно, и все.
В этой статье мы обсудим что такое ESC регуляторы оборотов, что это такое и как они работают. Также расскажем, как правильно подобрать регуляторы оборотов и предложим вам на выбор несколько рекомендованных наименований регуляторов.
ESC — electronic speed controller, переводится как электронный контроллер скорости. В русскоязычном сообществе принято называть их как «регуляторы оборотов», в простонародье «регули» или «регуляторы».
Что делают ESC регуляторы оборотов и как они работают?
Какие задачи у ESC? Для понимания без углубления — все очень просто, регуляторы оборотов, исходя из названия — регулируют скорость оборотов двигателей ориентируясь на команды контроллера полета. Чем быстрее вращается двигатель, тем больше он создает тягу, тем быстрее летит квадрокоптер.
То, как ESC взаимодействуют с двигателями, влияет на скорость и тягу дрона, а также его поведение в воздухе.
На сайте miniquadtestbench.com, QuadMcFly при тестах обнаружил, что разница в тяге между лучшим регулятором и худшим составляет в пределах всего 20%. В сравнение могу привести выбор автомобиля среди различных марок и выбор хорошего регулятора даст вам столько же мощи как и правильно выбранный двигатель автомобиля (точнее, автомобиль с хорошим двигателем).
Как «общаются» регуляторы оборотов (ESC) с контроллером полета?
Для простого понимания — контроллер полета посредством специального протокола посылает данные регулятору оборотов, что нужно прибавить или убавить газ на двигателе. Но двигателю квадрокоптера нельзя просто подать напряжение, так как он трехфазный и требуется попеременно подавать напряжение на определенные участки обмотки. Этим и занимается регулятор оборотов. На нем есть микросхемы, которые называются Мосфеты (MOSFET), и эти платы выполняют роль ключей — открывают и закрывают подачу тока на определенные участки обмотки.
Как уже говорилось выше, для общения полетный контроллер — регулятор оборотов, используются протоколы. В списке ниже, ESC регуляторы оборотов поддерживают различные протоколы, например Dshot1200, Dshot600, Oneshot125, Multishot. Они отличаются скоростью обмена данными, чем выше скорость, тем быстрее будет отзыв двигателей на ваши команды.
Старайтесь выбирать регуляторы, которые поддерживают более современные протоколы, но при этом убедитесь, что ваш полетный контроллер тоже поддерживает этот протокол.
Как выбрать регулятор оборотов (ESC)
На что следует обратить внимание при выборе ESC регуляторов оборотов? Для новичка будет сложновато, но мы постараемся описать как можно подробнее и охватить все параметры. В любом случае, ниже будет список рекомендованных ESC, что существенно упростит вашу задачу по выбору.
В описании указывается как «Power rating» или «Constant». Для квадрокоптеров класса мини и микро(обычно мини дроны строятся на раме размером до 220мм. .) используются 3 основных номинальных мощности:
- <18А;
<18А: такие регуляторы используются на микро-дронах и мини, но с рамами до 180мм, так как с рамами выше вам просто не будет хватать мощностей.
20А: На мини-дронах чаще всего используют регуляторы на 20 ампер: то есть у вас рама 180-220 миллиметров и пропеллеры размером до 6 дюймов + аккумулятор 3-4S.
30А: Сейчас это стандарт для гоночных квадрокоптеров и с такими регуляторами вы получите отличный дрон для гонок и фристайла. Рамы можно использовать для гоночных размером до 250мм.
Есть регуляторы с еще большей мощностью, но это уже значительно выше цена, размер и вес.
Пиковая мощность или взрывная мощность
В описании указывается как «Burst power rating». Это количество мощности, которое регулятор сможет обработать в короткий промежуток времени. Это довольно важный параметр для гоночных мини дронов, так как часто на гоночных происходит резкое изменение скорости — сейчас вам нужно погасить скорость, чтобы пролететь препятствие и следом резко дать полный газ для ускорения.
Поддержка аккумуляторов
Все регуляторы из нашего списка поддерживают аккумуляторы LiPo 4-6S, но сейчас все чаще некоторые собирают дроны 5S и 6S, поэтому, если вы купите регулятор с поддержкой 6S, а сами соберете дрон на 3S, например, то это будет пустая трата денег. Какой у вас аккумулятор? Вот под такой и ищите регулятор, это тоже указывается в характеристиках, как указано на скрине выше.
Форм-фактор (размер)
Форм-факторы ESC регуляторов оборотов бывают 3 типов:
- Для крепления на лучах рамы;
- 4 в 1 — для крепления над или под полетным контроллером;
- Каждая плата регулятора имеет размер 35х35мм и собирается башней над полетным контроллером или под ним.
Чаще всего покупают регуляторы для крепления на лучах рамы, так как такие проще поменять в случае необходимости, да и проще следить за их состоянием. Крепятся они обычно пластиковыми стяжками:
4 в 1 — это одна большая плата размером с полетный контроллер, которая крепится над или под ним. Придумана для экономии места и веса и используется в основном на микро-дронах, но сейчас набирает популярность и на мини. Но есть один минус — если выйдет из строя один регулятор, придется менять всю плату целиком.
Отдельные регуляторы 35х35мм используются как раз для исключения проблемы выше и крепятся над или под полетным контроллером. Удобство в том, что ничего не висит на лучах рамы, особенно если рама маленькая с тонкими лучами. Если сгорит один регулятор — можно будет легко заменить его, в отличие от 4 в 1.
Вес
Каждый регулятор имеет свой вес, их 4 штуки — значит вес одного умножаем на 4. В этом плюсы 4 в 1 — плата весит меньше, чем по отдельности. Ищите наиболее легкие платы, чтобы дрон был наиболее маневренный. Здесь сэкономите, на камере сэкономите, на антеннах и так далее — в итоге сэкономите 50-100гр.
Прошивка регуляторов оборотов
Эта информация всегда пишется магазином. Самые известные:
- BLHeli. Пользовался популярностью в 2015-2016 годах. После чего эту прошивку заменила следующая версия — BLHeli_S. Сейчас не используется.
- BLHeli_S — создавался для контроллеров ВВ1 и ВВ2. Регулятор под управлением этой прошивки работает значительно плавнее. S — здесь обозначает ту самую «плавность».
- BLHeli_32 — в данный момент на большинстве регуляторов используется именно эта прошивка. Она распространяется с закрытым кодом и в ней уже есть возможность настроить в регуляторах телеметрию, настроить светодиоды и другое.
Регуляторы с BLHeli_32 немного дороже, так как у них есть датчики и телеметрия. В гоночных дронах обычно эту «мишуру» не используют, но если вы хотите — то почему нет?) - KISS — прошивка для регуляторов, которые работают с полетным контроллером KISS.
- SimonK — некогда популярная прошивка, которая теперь вышла из под контроля. Не рекомендуем покупать регуляторы с этой прошивкой.
Чип контроллера
Уже давно не является определяющим параметром, но в спецификациях иногда его указывают. У регуляторов BLHeli_S или BLHeli_32 с поддержкой DSHOT всегда хорошие чипы.
Провода
Оптимальным вариантом считается припаивание проводов мотора сразу к плате регулятора, но часто в продаже находятся регуляторы со своими проводами и приходится либо отпаивать их, либо паять провод-провод.
Аппаратный PWM драйвер
Если эта функция есть (ее может и не быть) на ваших регуляторах, то моторы станут работать на них немного тише и немного эффективнее. Также функция обеспечивает более точный контроль, но на практике это мало кто заметит.
Как это работает: управление скоростью вращения двигателей осуществляется путем повышения или понижения напряжения, подаваемого на моторы. Это регулируют полевые транзисторы (мосфеты), те самые квадратики на плате, они открываются и закрываются, управляя процессом вращения двигателя. Время открытого и закрытого состояния мосфетов напрямую зависит от подаваемой мощности.
Так вот, до недавнего времени, этот процесс управлялся только чипом, управляющим регулятором. KISS добавили еще один чип, который отвечает только за процесс выдачи сигнала.
Благодаря этому, регуляторы, а точнее моторы работали на них очень гладко и сообществу пилотов это очень понравилось.
Помимо KISS, аппаратный PWM драйвер есть и у регуляторов BLHeli_32.
Что еще нужно учитывать?
Параметры выше важные, но также нужно учитывать энергопотребление самих двигателей . Несомненно, что регуляторы на 30 Ампер покроют потребность почти всех двигателей и поэтому об этом было решено написать в конце, чтобы окончательно не запутать вас, потому что придется смотреть в таблицу с характеристиками двигателя:
Блок Load Current (A) — то есть, сколько в пиковой нагрузке будет потреблять двигатель. В нашем случае это Racerstar 2205 и в пике он потребляет 27.6 Ампер, что полностью покрывают регуляторы оборотов на 30 Ампер.
Ниже представляем вам список рекомендованных регуляторов оборотов, которые по нашему мнению заслуживают внимание и которые можно покупать, не опасаясь плохой работы. За цену ничего не можем сказать, так как курс рубля часто меняется, а наши друзья китайцы продают все в долларах.
Также, можете упростить себе задачу и искать регуляторы с прошивкой BLHeli_32 или _S (но S уже все же устаревшая прошивка на 2019 год) и с мощностью 20-30 Ампер. Если вы новичок, то таких параметров вам точно хватит, не ошибетесь.
| Название | Мощность (Амперы) | Поддержка аккумуляторов | Цена за комплект (USD) | Прошивка | Магазин |
|---|
Опубліковано 11.04.2014
Схема регулятора
Схема условно разделена на две части: левая – микроконтроллер с логикой, правая – силовая часть. Силовую часть можно модифицировать для работы с двигателями другой мощности или с другим питающим напряжением.
Контроллер – ATMEGA168 . Гурманы могут сказать, что хватило бы и ATMEGA88 , а AT90PWM3 – это было бы “вааще по феншую”. Первый регулятор я как раз делал “по феншую”. Если у Вас есть возможность применять AT90PWM3 – это будет наиболее подходящий выбор. Но для моих задумок решительно не хватало 8 килобайт памяти. Поэтому я применил микроконтроллер ATMEGA168 .
Эта схема задумывалась как испытательный стенд. На котором предполагалось создать универсальный настраиваемый регулятор для работы с различными “калибрами” бесколлекторных двигателей: как с датчиками, так и без датчиков положения. В этой статье я опишу схему и принцип работы прошивки регулятора для управления бесколлекторными двигателями с датчиками Холла и без датчиков.
Питание
Питание схемы раздельное. Поскольку драйверы ключей требуют питание от 10В до 20В, используется питание 12В. Питание микроконтроллера осуществляется через DC-DC преобразователь, собранный на микросхеме . Можете применять линейный стабилизатор с выходным напряжением 5В. Предполагается, что напряжение VD может быть от 12В и выше и ограничивается возможностями драйвера ключей и самими ключами.
ШИМ и сигналы для ключей
На выходе OC0B(PD5) микроконтроллера U1 генерируется ШИМ сигнал. Он поступает на переключатели JP2 , JP3 . Этими переключателями можно выбрать вариант подачи ШИМ на ключи (на верхние, нижние или на все ключи). На схеме переключатель JP2 установлен в положение для подачи ШИМ сигнала на верхние ключи. Переключатель JP3 на схеме установлен в положение для отключения подачи ШИМ сигнала на нижние ключи. Не трудно догадаться, что если отключить ШИМ на верхних и нижних ключах, мы получим на выходе перманентный “полный вперед”, что может разорвать двигатель или регулятор в хлам. Поэтому, не забываем включать голову, переключая их. Если Вам не потребуется такие эксперименты – и Вы знаете, на какие ключи Вы будите подавать ШИМ, а на какие нет, просто не делайте переключателей. После переключателей ШИМ сигнал поступает на входы элементы логики “&” (U2 , U3 ). На эту же логику поступают 6 сигналов с выводов микроконтроллера PB0..PB5 , которые являются управляющими сигналами для 6 ключей. Таким образом, логические элементы (U2 , U3 ) накладывают ШИМ сигнал на управляющие сигналы. Если Вы уверены, что будете подавать ШИМ, скажем, только на нижние ключи, тогда ненужные элементы (U2 ) можно исключить из схемы, а соответствующие сигналы с микроконтроллера подавать на драйверы ключей. Т.е. на драйверы верхних ключей сигналы пойдут напрямую с микроконтроллера, а на нижние – через логические элементы.
Обратная связь (контроль напряжения фаз двигателя)
Напряжение фаз двигателя W ,V ,U через резистивные делители W – (R17,R25) , V – (R18, R24) , U – (R19, R23) поступают на входа контроллера ADC0(PC0) , ADC1(PC1) , ADC2(PC2) . Эти выводы используются как входы компараторов. (В примере описанном в AVR444.pdf от компании Atmel применяют не компараторы, а измерение напряжения с помощью ADC (АЦП). Я отказался от этого метода, поскольку время преобразования ADC не позволяло управлять скоростными двигателями). Резистивные делители выбираются таким образом, чтобы напряжение, подаваемое на вход микроконтроллера, не превышало допустимое. В данном случае, резисторами 10К и 5К делится на 3. Т.е. При питании двигателя 12В. на микроконтроллер будет подаваться 12В*5К/(10К+5К) = 4В . Опорное напряжение для компаратора (вход AIN1 ) подается от половинного напряжения питания двигателя через делитель (R5 , R6 , R7 , R8 ). Обратите внимание, резисторы (R5 , R6 ) по номиналу такие же, как и (R17,R25 ), (R18, R24 ),(R19, R23 ). Далее напряжение уменьшается вдвое делителем R7, R8 , после чего поступает на ногу AIN1 внутреннего компаратора микроконтроллера. Переключатель JP1 позволяет переключить опорное напряжение на напряжение “средней точки” формируемое резисторами (R20, R21, R22 ). Это делалось для экспериментов и себя не оправдало. Если нет в необходимости, JP1, R20, R21, R22 можно исключить из схемы.
Датчики Холла
Поскольку регулятор универсальный, он должен принимать сигналы от датчиков Холла в том случае, если используется двигатель с датчиками. Предполагается, что датчики Холла дискретные, тип SS41 . Допускается применение и других типов датчиков с дискретным выходом. Сигналы от трех датчиков поступают через резисторы R11, R12, R13 на переключатели JP4, JP5, JP6 . Резисторы R16, R15, R14 выступают в качестве подтягивающих резисторов. C7, С8, С9 – фильтрующие конденсаторы. Переключателями JP4, JP5, JP6 выбирается тип обратной связи с двигателем. Кроме изменения положения переключателей в программных настройках регулятора следует указать соответствующий тип двигателя (Sensorless или Sensored ).
Измерения аналоговых сигналов
На вход ADC5(PC5) через делитель R5, R6 подается напряжения питания двигателя. Это напряжение контролируется микроконтроллером.
На вход ADC3(PC3) поступает аналоговый сигнал от датчика тока. Датчик тока ACS756SA . Это датчик тока на основе эффекта Холла. Преимущество этого датчика в том, что он не использует шунт, а значит, имеет внутреннее сопротивление близкое к нулю, поэтому на нем не происходит тепловыделения. Кроме того, выход датчика аналоговый в пределах 5В, поэтому без каких-либо преобразований подается на вход АЦП микроконтроллера, что упрощает схему. Если потребуется датчик с большим диапазоном измерения тока, Вы просто заменяете существующий датчик новым, абсолютно не изменяя схему.
Если Вам хочется использовать шунт с последующей схемой усиления, согласования – пожалуйста.
Задающие сигналы
Сигнал, задающий обороты двигателя, с потенциометра RV1 поступает на вход ADC4(PC4) . Обратите внимание на резистор R9 – он шунтирует сигнал в случае обрыва провода к потенциометру.
Кроме того, есть вход RC сигнала, который повсеместно используется в дистанционно управляемых моделях. Выбор управляющего входа и его калибровка выполняется в программных настройках регулятора.
UART интерфейс
Сигналы TX, RX используются для настройки регулятора и выдачи информации о состоянии регулятора – обороты двигателя, ток, напряжение питания и т.п. Для настройки регулятора его можно подключить к USB порту компьютера, используя . Настройка выполняется через любую программу терминала. Например: Hyperterminal или Putty .
Прочее
Также имеются контакты реверса – вывод микроконтроллера PD3 . Если замкнуть эти контакты перед стартом двигателя, двигатель будет вращаться в обратном направлении.
Светодиод, сигнализирующий о состоянии регулятора, подключен к выводу PD4 .
Силовая часть
Драйвера ключей использовались IR2101 . У этого драйвера одно преимущество – низкая цена. Для слаботочных систем подойдет, для мощных ключей IR2101 будет слабоват. Один драйвер управляет двумя “N” канальными MOSFET транзисторами (верхним и нижним). Нам понадобиться три таких микросхемы.
Ключи нужно выбирать в зависимости от максимального тока и напряжения питания двигателя (выбору ключей и драйверов будет посвящена отдельная статья). На схеме обозначены IR540 , в реальности использовались K3069 . K3069 рассчитаны на напряжение 60В и ток 75А. Это явный перебор, но мне они достались даром в большом количестве (желаю и Вам такого счастья).
Конденсатор С19 включается параллельно питающей батареи. Чем больше его емкость – тем лучше. Этот конденсатор защищает батарею от бросков тока и ключи от значительной просадки напряжения. При отсутствии этого конденсатора Вам обеспечены как минимум проблемы с ключами. Если подключать батарею сразу к VD – может проскакивать искра. Искрогасящий резистор R32 используется в момент подключения к питающей батарее. Сразу подключаем “– ” батареи, затем подаем “+ ” на контакт Antispark . Ток течет через резистор и плавно заряжает конденсатор С19 . Через несколько секунд, подключаем контакт батареи к VD . При питании 12В можно Antispark не делать.
Возможности прошивки
- возможность управлять двигателями с датчиками и без;
- для бездатчикового двигателя три вида старта: без определения первоначального положения; с определением первоначального положения; комбинированный;
- настройка угла опережения фазы для бездатчикового двигателя с шагом 1 градус;
- возможность использовать один из двух задающих входов: 1-аналоговый, 2-RC;
- калибровка входных сигналов;
- реверс двигателя;
- настройка регулятора по порту UART и получение данных от регулятора во время работы (обороты, ток, напряжение батареи);
- частота ШИМ 16, 32 КГц.
- настройка уровня ШИМ сигнала для старта двигателя;
- контроль напряжения батарей. Два порога: ограничение и отсечка. При снижении напряжения батареи до порога ограничения обороты двигателя понижаются. При снижении ниже порога отсечки происходит полная остановка;
- контроль тока двигателя. Два порога: ограничение и отсечка;
- настраиваемый демпфер задающего сигнала;
- настройка Dead time для ключей
Работа регулятора
Включение
Напряжение питания регулятора и двигателя раздельное, поэтому может возникнуть вопрос: в какой последовательности подавать напряжение. Я рекомендую подавать напряжение на схему регулятора. А затем подключать напряжение питания двигателя. Хотя при другой последовательности проблем не возникало. Соответственно, при одновременной подаче напряжения также проблем не возникало.
После включения двигатель издает 1 короткий сигнал (если звук не отключен), включается и постоянно светится светодиод. Регулятор готов к работе.
Для запуска двигателя следует увеличивать величину задающего сигнала. В случае использования задающего потенциометра, запуск двигателя начнется при достижении задающего напряжения уровня примерно 0.14 В. При необходимости можно выполнить калибровку входного сигнала, что позволяет использовать раные диапазоны управляющих напряжений. По умолчанию настроен демпфер задающего сигнала. При резком скачке задающего сигнала обороты двигателя будут расти плавно. Демпфер имеет несимметричную характеристику. Сброс оборотов происходит без задержки. При необходимости демпфер можно настроить или вовсе отключить.
Запуск
Запуск бездатчикового двигателя выполняется с установленным в настройках уровнем стартового напряжения. В момент старта положение ручки газа роли значения не имеет. При неудачной попытке старта попытка запуска повторяется, пока двигатель не начнет нормально вращаться. Если двигатель не может запуститься в течение 2-3 секунд попытки следует прекратить, убрать газ и перейти к настройке регулятора.
При опрокидывании двигателя или механическом заклинивании ротора срабатывает защита, и регулятор пытается перезапустить двигатель.
Запуск двигателя с датчиками Холла также выполняется с применением настроек для старта двигателя. Т.е. если для запуска двигателя с датчиками дать полный газ, то регулятор подаст напряжение, которое указано в настройках для старта. И только после того, как двигатель начнет вращаться, будет подано полное напряжение. Это несколько нестандартно для двигателя с датчиками, поскольку такие двигатели в основном применяются как тяговые, а в данном случае достичь максимального крутящего момента на старте, возможно, будет сложно. Тем не менее, в данном регуляторе присутствует такая особенность, которая защищает двигатель и регулятор от выхода со строя при механическом заклинивании двигателя.
Во время работы регулятор выдает данные об оборотах двигателя, токе, напряжении батарей через порт UART в формате:
E:минимальное напряжение батареи: максимальное напряжение батареи: максимальный ток: обороты двигателя (об/мин) A:текущее напряжение батареи: текущий ток: текущие обороты двигателя (об/мин)
Данные выдаются с периодичностью примерно 1 секунда. Скорость передачи по порту 9600.
Настройка регулятора
Для настройки регулятора его следует подключить к компьютеру с помощью . Скорость передачи по порту 9600.
Переход регулятора в режим настройки происходит при включении регулятора, когда задающий сигнал потенциометра больше нуля. Т.е. Для перевода регулятора в режим настройки следует повернуть ручку задающего потенциометра, после чего включить регулятор. В терминале появится приглашение в виде символа “> “. После чего можно вводить команды.
Регулятор воспринимает следующие команды (в разных версиях прошивки набор настроек и команд может отличаться):
h
– вывод списка команд;
?
– вывод настроек;
c
– калибровка задающего сигнала;
d
– сброс настроек к заводским настройкам.
команда “? ” выводит в терминал список всех доступных настроек и их значение. Например:
Motor.type=0 motor.magnets=12 motor.angle=7 motor.start.type=0 motor.start.time=10 pwm=32 pwm.start=15 pwm.min=10 voltage.limit=128 voltage.cutoff=120 current.limit=200 current.cutoff=250 system.sound=1 system.input=0 system.damper=10 system.deadtime=1
Изменить нужную настройку можно командой следующего формата:
<настройка>=<значение>
Например:
pwm.start=15
Если команда была дана корректно, настройка будет применена и сохранена. Проверить текущие настройки после их изменения можно командой “? “.
Измерения аналоговых сигналов (напряжение, ток) выполняются с помощью АЦП микроконтроллера. АЦП работает в 8-ми битном режиме. Точность измерения занижена намеренно для обеспечения приемлемой скорости преобразования аналогового сигнала. Соответственно, все аналоговые величины регулятор выдает в виде 8-ми битного числа, т.е. от 0 до 255.
Назначение настроек:
Список настроек, их описание:
| Параметр | Описание | Значение |
|---|---|---|
| motor.type | Тип мотора | 0-Sensorless; 1-Sensored |
| motor.magnets | Кол.во магнитов в роторе двигателя. Изпользуется только для расчета оборотов двигателя. | 0..255, шт. |
| motor.angle | Угол опережения фазы. Используется только для Sensorless двигателей. | 0..30, градусов |
| motor.start.type | Тип старта. Используется только для Sensorless двигателей. | 0-без определения положения ротора; 1-с определением положения ротора; 2-комбинированный; |
| motor.start.time | Время старта. | 0..255, мс |
| pwm | Частота PWM | 16, 32, КГц |
| pwm.start | Значение PWM (%) для старта двигателя. | 0..50 % |
| pwm.min | Значение минимального значения PWM (%), при котором двигатель вращается. | 0..30 % |
| voltage.limit | Напряжение батареи, при котором следует ограничивать мощность, подаваемую на двигатель. Указывается в показаниях ADC. | 0..255* |
| voltage.cutoff | Напряжение батареи, при котором следует выключать двигатель. Указывается в показаниях ADC. | 0..255* |
| current.limit | Ток, при котором следует ограничивать мощность, подаваемую на двигатель. Указывается в показаниях ADC. | 0..255** |
| current.cutoff | Ток, при котором следует выключать двигатель. Указывается в показаниях ADC. | 0..255** |
| system.sound | Включить/выключить звуковой сигнал, издаваемый двигателем | 0-выключен; 1-включен; |
| system.input | Задающий сигнал | 0-потенциометр; 1-RC сигнал; |
| system.damper | Демпфирование входного сигнала | 0..255, условные единицы |
| system.deadtime | Значение Dead Time для ключей в микросекундах | 0..2, мкс |
* – числовое значение 8-ми битного аналого цифрового преобразователя.
Рассчитывается по формуле: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5
Где: U
– напряжение в Вольтах; R5, R6
– сопротивление резисторов делителя в Омах.
