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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Probleme mit Tachosignal mit PWM-Ansteuerung


Autor: Rolf (Gast)
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Hallo,

ich find zu folgendem Problem keine vernüftige Lösung:
Es geht um eine PI-Drehzahlregelung mit einem Gleichstrommotor mit einem 
Mikrocontroller. Ich betreibe den Gleichstrommotor mit einem PWM-Signal 
an.
Der Gleichstrommotor besitzt ein Tachosignal. Dies wird mit einem 
Generator erzeugt. Leider hab ich nun das Problem, dass das Tachosignal 
um 0,2 Volt schwankt. Was eine starke Drehzahlabweichung zur folge hat.
Dies erkläre ich, mit dem PWM Signal, der den Motor "aus und ein" 
schaltet und die Motordrehzahl bei Uein = 0 einbricht. 
PWM-Periodenerhöhung hat nur leicht geholfen. Ein Tiefpass oder ein 
gewichteter Mittelwert, würde die Regelgeschwindigkeit sehr stark 
verlangsamen.

Kann mir jemand bei diesem Problem Helfen?

Gruß Rolf

Autor: Martin (Gast)
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Hallo, schon bei einer PWM Frequenz ab ca. 50Hz kann sich der Motor 
nicht stark in der Geschwindigkeit ändern, da er zu träge ist. Wenn der 
Motor nur eingeschaltet wird und dann wieder ausgeschaltet wird ist das 
doch eine 2-Punkt Regelung?
Wie hoch ist denn die PWM Frequenz?

Autor: Rudolph R. (rudolph)
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Bei dem Motor sitzt ein zweiter als Generator mit auf der Welle?
Das macht wirklich Sinn?

Ich gebe zu ich habe bisher nur ein paar Lüfter geregelt, die hatten 
aber als Tacho einen Open-Collector Schalt-Ausgang und lieferten 
üblicherweise zwei Impulse pro Umdrehung.

Also vielleicht eine Drehzahl-Erfassung per Hallgeber nachrüsten?

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Hallo,

wie groß ist das Tachosignal (DC?) denn absolut bzw. wieviel Prozent 
machen die Drehzahlschwankungen aus? Und welche Frequenz hat die PWM? 
Befindet sich der µC im Regelkreis oder nur im Steuerkreis?

Dieter

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo,

vielen Dank für die viele Antworten.
@Martin: Also die PWM-Frequenz ist auf 100Hz eingestellt (Höher und 
Motor Pfeift :-) ). Und ja die Regelung ist eine 2-Punkt Regelung.

@Rudolph R.: Ja, der Generator sitzt auf der gleichen Welle. Es ist ein 
Expermintierboard und daher ist ein Hallgeber leider nicht einfacht 
nachrüsstbar. Aber Danke für den Hinweis, es ist mal eine Option, wo man 
trotzdem in erwägung ziehen kann.

@Dieter Stotz: Das Tachosignal ist von 0 - 13volt und wird zum  µC 
einlesen durch ein Potentiometer auf 5Volt beschränkt. Die Schwankungen 
betragen bei 5Volt ca. 5%. PWM: 100Hz und der µC befindet sich im 
Regelkreis.

Gruß Rolf

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Rolf,

und kann der Regelkreis den Motor auch aktiv abbremsen oder nur 
beschleunigen? Hast Du das Tachosignal mal geloggt? Mich würde die Art 
und Form der Schwankungen interessieren. Und mit welcher Taktrate wird 
die Tachospannung gelesen?

Gruß

Dieter

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo Dieter,

als Abtastzeit hab ich 10ms gewählt.
Anbei ist ein Oszibild mit dem Tachosignal und PWM-Signal bei einem 
Tastverhältnis von 0,5.
Der Regelkreis kann den Motor nicht aktiv abremsen.

Gruß

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Rolf,

die Schwankungen des Tachosignals korrellieren IMHO schon mit der PWM. 
Das heißt, das Trägheitsmoment ist nicht so groß, als dass eine 
niederfrequente PWM zu vernachlässigen ist. Ist es nicht möglich, die 
PWM in den kHz-Bereich zu heben? Falls möglich, kann man versuchshalber 
auch mal eine Schwungmasse anbringen und dann sehen, wie die 
Schwankungen aussehen.

Gruß

Dieter

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Rolf (Gast)

>Mikrocontroller. Ich betreibe den Gleichstrommotor mit einem PWM-Signal
>an.
>Der Gleichstrommotor besitzt ein Tachosignal. Dies wird mit einem

Der Gleichstrommotor ist nicht zufällig ein PC-Lüfter? Die sind 
elektronisch kommutiert und vertragen keine PWM. Die muss man old school 
linaer ansteuern.

MFG
Falk

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo Dieter,

also eine Schwungmasse würde die Regelung auch erheblich verlangsamen 
und da es sich um ein gekapseltes Motorboard handelt sicher auch nicht 
einfach einzubauen (Garantie)
Die Frequenz wurde auch schon erhöht..nur ab ca. 500Hz fängt der Motor 
grässlich an zu Pfeifen (-: und kann so nicht dauerhaft Betrieben 
werden.

Gruß

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo  Falk Brunner,

es handelt sich um ein Experimentierboard mit einem Gleichstrommotor und 
diverse andere Funktionen.

Gruß

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Rolf (Gast)

>es handelt sich um ein Experimentierboard mit einem Gleichstrommotor und
>diverse andere Funktionen.

Naja, wenn der Motor NICHT elektronisch kommutiert wird, dann musst du 
die PWM-Frequenz eben auf 1..10 kHz erhöhen. Dann wirkt die Induktivität 
als Tiefpass. Freilaufdioden nicht vergessen!

MFG
Falk

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo Falk,

der Motor fängt ab 500Hz an zu Pfeifen. Diese Möglichkeit fällt leider 
auch aus.

Gruß

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Rolf,

wenn ich die Signale betrachte, dann schließe ich, die Frequenz der PWM 
ist zu niedrig. Fakt ist anscheinend, dass der PWM-Takt den Motor 
beeinflusst. Es gibt auch Resonanzfrequenzen, d. h. evtl. wird der Motor 
auch wieder leiser, wenn die Frequenz noch höher wird. Alternativ könnte 
man noch an einen Tiefpass nach der PWM denken. Je nach 
Phasenverschiebung des Regelkreises könnte dies aber bewirken, dass 
letzterer schwingt. Dies könnte man wiederum durch Hochsetzen der 
PWM-Frequenz verhindern. Ich weiß aber nicht, ob man überhaupt vom 
Copper-Betrieb abweichen darf.

Gruß

Dieter

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Rolf (Gast)

>der Motor fängt ab 500Hz an zu Pfeifen.

Ja logisch, weil die Frequenz zu niedrig ist. Genauso wie ein LED mit 
30 Hz für den Menschen flimmert sind 500 Hz für diesem Motor zu wenig.

> Diese Möglichkeit fällt leider auch aus.

Probiers doch mal aus. So schnell geht da nix kaputt.

MFG
Falk

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo Falk,

ich finde nicht das 500Hz für einen Motor zuwenig ist. Wenn ich die 
Frequenz auf 1kHz erhöhe tun mir die Ohren weh, so laut (schrill) wird 
der Motor :-)

Gruß

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Modellbaudrehzahlsteller arbeiten mit Frequenzen von ca. 3kHz...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Rolf (Gast)

>ich finde nicht das 500Hz für einen Motor zuwenig ist. Wenn ich die
>Frequenz auf 1kHz erhöhe tun mir die Ohren weh, so laut (schrill) wird
>der Motor :-)

Was glaubst du warum die Strassenbahn so pfeift, wenn sie losfährt?

MFG
Falk

Autor: Rolf (Gast)
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Hallo Zusammen,

nach langem Hin und Her hab ich mich doch für eine Filterschaltung 
entschieden. (Frequenzerhöhung bringt wirklich nichts).
Ich hab oben ein Oszibild des Tachosignals. Aber ohne Spannungsteiler 
auf 5V. Was für ein C würdet Ihr als Erfahrungswert vorschlagen? 
Berechnen kann man viel, muss aber nicht immer das beste sein ;-)

Gruß Rolf

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Rolf,

wo genau willst Du das Filter anbringen, wie sieht Deine Gesamtschaltung 
aus?


Dieter

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