PWM-DAC-Filter

im Arduino UNO ist ein Atmega328 verbaut, oder?

Der kann auch viel höhere PWM-Frequenzen, je nach gewünschter Auflösung.

Musst dann allerdings das gewohnte "analogWrite" verlassen, und ein 
klein wenig selber Hand anlegen.

Du brauchst nicht Filtern, der Motor ist der Filter. Aber 490Hz sind 
halt zu wenig. Die maximale Wandler Frequenz kann dann halt nur 1/490s 
sein also ca 2ms. Deine RC kombination läßt aber eh nur 5*RC = 
5*900*2e-6=9ms 1/9ms=111Hz zu. Der µC den du benutzt kann erheblich 
höhere Frequenzen (bei 8bit fast PWM und 16MHz Takt ca 60KHz) wenn man 
nicht die Arduino Firmware benutzt sondern den Atmel C Compiler (und die 
timer direkt programmiert).

uwe schrieb:
> nicht die Arduino Firmware benutzt sondern den Atmel C Compiler (und die
> timer direkt programmiert).

Geht auch ohne komplett auf Arduino zu verzichten.
Arduino ist ja nur ein bischen Library-Gewurschtel um einen normalen 
avr-gcc(g++) außenrum, und ansonsten normaler C++-Code mit vollem 
Registerzugriff.

http://playground.arduino.cc/Main/TimerPWMCheatsheet

Einfach mal googlen, dann findet auch herauf, wie man dem Arduino eine 
höhere PWM-Frequenz entlockt:

http://playground.arduino.cc/Code/PwmFrequency

Linksammler schrieb:
> Musst dann allerdings das gewohnte "analogWrite" verlassen, und ein
> klein wenig selber Hand anlegen.

Problem ist, ich steuer das ganze über Simulink, daher wird es schwer 
für mich. Vll. möglich, das über Simulink zu erstellen?

uwe schrieb:
> Du brauchst nicht Filtern, der Motor ist der Filter. Aber 490Hz sind
> halt zu wenig.

Verwende eisenlose Spule, daher ganz geringe Induktivität.

Stephan H. schrieb:
> Die Zeitkonstante im Screenshot ist etwa 2ms, Grenzfrequenz etwa 80Hz.
> Du suchst Filter "höherer Ordnung", und passender Charakteristik
> (Bessel, Tschebyscheff, Butterworth, ...).
> Damit du bei einem 100%-Sprung auf die 15 Bit Genauigkeit kommst dauerts
> etwa 10 Zeitkonstanten. Für schnell wird das ein langer Filter werden...
>
> Schau lieber ob die Auflösung wirklich nötig ist. Oder nimm gleich nen
> richtigen (externen) DAC.

Wird also schwer werden meinst du, oder ?

Michael Köhler schrieb:
> Dabei ist der Ripple OK? Also ein Ripple von über 600mV wäre für dich
> OK? Hast du dir das wirklich angeschaut?
> Also wenn du zwei oder drei RC-TP hintereinander schaltest solltest du
> problemlos innerhalb von wenigen Millisekunden den Analogendwert
> erreichen.

Wo siehst du ein Ripple von 600mV? Etwa 30-50mV laut Simulation in 
Simulink.
Bei zwei RC-TP wirds leider net schneller sondern langsamer..?!?! 
Ebenfalls in Simulink ausprobiert, lasse mich gerne aber auch von dir 
Überzeugen, sofern du eine Simulation hast !

Ich konzentriere mich mal auf deine Ausgangsfrage, und nicht darauf, ob 
für deine Applikation eine anderer Lösungsweg möglich oder besser wäre:
Willi schrieb:
> Mit welchem Filter kann man das ganze derart realisieren, dass der
> Ripple weiterhin klein bleibt, jedoch die analog-Spannung schneller
> ihren Endwert erreicht.

Analoge Filter, die möglichst schnell den Endwert erreichen, sind die 
Bessel-Filter. Je höher ihre Ordnung, desto steiler der Frequenzabfall, 
d.h., bei gegebener Anstiegszeit die Dämpfung einer bestimmten Frequenz 
jenseits der Grenzfrequenz. Zur Dimensionierung von analogen Filtern 
gibt es Hilfe auf vielen Webseiten, z. B. 
http://www.beis.de/Elektronik/Filter/ActiveLPFilter.html.

Willi schrieb:

> Wo siehst du ein Ripple von 600mV?

490Hz / 80Hz = 6

Dein Tiefpass dämpft die Schwankungen etwa um Faktor 6.
Wenn Deine PWM mit 5V/0V funktioniert, müssen nach dem
Filter die Schwankungen ungefähr 0.8V betragen.
Bei PWM 3.6V/0V sind es entsprechend 0.6V.

(Das gilt für Tastgrad 0.5. Bei anderen Werten sind die
Verhältnisse besser.)

> Etwa 30-50mV laut Simulation in Simulink.

Haut nicht hin.
Das, was Du simuliert hast, stimmt offensichtlich nicht mit dem
überein, was Du uns geschildert hast.

> Bei zwei RC-TP wirds leider net schneller sondern langsamer..?!?!

Du musst natürlich zwei schnellere Tiefpässe verwenden, z.B.
fg = 160Hz. Wunder darfst Du allerdings nicht erwarten.

> Ebenfalls in Simulink ausprobiert, lasse mich gerne aber auch
> von dir Überzeugen, sofern du eine Simulation hast !

Oh. Ach so. Tut mir leid. Ich konnte ja nicht wissen, dass Du
einer Simulationssoftware mehr glaubst als den Formeln, auf
denen die Software beruht.

Das kommt davon, wenn man eine PWM hat aber nur einen einmaligen Sprung 
von 2,5 V simuliert. Es fehlen einfach die grundlegendsten Dinge. Such 
dir ein anderes Projekt, dass zu dem Niveau deines Wissenstands passt, 
oder lerne dazu. So wie du das angehst wird das nichts!

Vielleicht will er ja was bei diesem Projekt lernen, Karl ;)
Du hast aber Recht, bei Antworten wie der deinen auf seine Fragen wird 
das nix :(

Uwe schrieb:
> Analoge Filter, die möglichst schnell den Endwert erreichen, sind die
> Bessel-Filter. Je höher ihre Ordnung, desto steiler der Frequenzabfall,
> d.h., bei gegebener Anstiegszeit die Dämpfung einer bestimmten Frequenz
> jenseits der Grenzfrequenz.

Danke UWE, wie sieht es aber mit dem Ripple bei diesen Filtern aus ?

Michael Köhler schrieb:
> Was hast du da simuliert?

Stimmt, sorry, hatte natürlich zwei TP-RC Filter eingesetzt, du hattest 
recht !

Willi schrieb:
>> Analoge Filter, die möglichst schnell den Endwert erreichen, sind die
>> Bessel-Filter. Je höher ihre Ordnung, desto steiler der Frequenzabfall,
>> d.h., bei gegebener Anstiegszeit die Dämpfung einer bestimmten Frequenz
>> jenseits der Grenzfrequenz.
>
> Danke UWE, wie sieht es aber mit dem Ripple bei diesen Filtern aus ?

Ganz allgemein geantwortet: Gut. Aber im Ernst: Google nach 
"Bessel-Filter", und du wirst normierte Charakteristiken für die 
verschiedenen Ordnungen finden. Setz dir ein max. Restripple fest. Das 
maximale Ripple entsteht bei 50% PWM und ist in erster Näherung die 
Eingangsamplitude des Filters (3.3V?) multipliziert mit der 
Übertragungsfunktion bei der Frequenz. Willst du also 3,3 mV Restripple, 
muss die Dämpfung ca. 60 dB sein. Ich hoffe, dass du mit normierten 
Diagrammen umgehen kannst, das ist ja eigentlich einfach. Sonst wird mir 
das "Kochrezept" hier zu aufwändig.

Erst mal vielen Dank für eure Antworten.

Ich bin froh, dass ihr mir hilfreiche Tipps gegeben habt.

Danke ! meld mich noch mal, sofern ich mehr weiß =)

ich stelle mir grad die Frage, dass bei der Positionsregelung eines 
Motors durch die Filter nun die bandbreite erheblich eingeschränkt 
worden ist, oder ?

Michael Köhler schrieb:
> Willi schrieb:
>> ich stelle mir grad die Frage, dass bei der Positionsregelung eines
>> Motors durch die Filter nun die bandbreite erheblich eingeschränkt
>> worden ist, oder ?
>
> Definiere "erheblich". Da deine aktuelle PWM eh nur mit 490 Hz läuft ist
> deine Bandbreite eh nicht sonderlich riesig wie ich finde. Wie schon
> gesagt, dein Filter kann gar nicht schneller als ~2 ms sein weil das
> deine Periodendauer deiner PWM ist.
> Für deine Positionsregelung kann das aber ausreichen, hier wäre schlicht
> die Frage wie genau du da regeln willst. In manchen Anwendungen genügt
> es auf grade mal einen Millimeter genau zu positionieren, für die
> meisten Anwendungen genügt es auf den zehntel Millimeter genau zu
> positionieren und IMO brauchen nur die wenigsten Anwendungen es noch
> genauer.
> Ich denke es wäre gar nicht so verkehrt wenn du uns mal genau sagen
> würdest, was du eigentlich machen willst so getreu nach dem Motto "Ich
> will den Sonnenstand um 12 Uhr Mittags erfassen." und nicht "Ich will
> mit einer PWM einen Motor fahren lassen."

Also, mittlerweile habe ich es geschafft, mit meinem UNO auch höhere 
Frequenzen zu generieren.

Bis zu ca. 32 kHZ, das geht super und schnell.

Ich will einen Voice-Coil Motor (LINEARMOTOR) in eine Achse 
positionsregeln. Ideal unter ein zehntel mm, da mein Sensor die 
Anforderungen dbzgl. auch erfüllt. Als Verstärker nehme ich einen 
LeistungsOPV, der ca. 2 Ampere kann, was auch reicht.

Willi schrieb:
> ich stelle mir grad die Frage, dass bei der Positionsregelung eines
> Motors durch die Filter nun die bandbreite erheblich eingeschränkt
> worden ist, oder ?

Der Motor selbst stellt einen Tiefpassfilter mit sehr viel niedriger 
Grenzfrequenz und höherer Zeitkonstante dar, als die hier besprochenen 
analogen Filter.

Aber: Schau' dir doch bitte noch einmal die Ausgangsfrage an. Da steht 
nichts von Motor. Der Willi hat diese Frage ganz bewusst auf die 
Theorie der Filter beschränkt, den Motor erwähnt er in einem anderen 
Thread. Deswegen habe auch ich nur auf die Frage geantwortet. Zu dem 
Zusammenhang mit einem Motor haben Andere in dem zugehörigen Thread 
schon das Richtige gesagt.

Willi schrieb:
> Ich will einen Voice-Coil Motor (LINEARMOTOR) in eine Achse
> positionsregeln.

Willi, du fällst mir in den Rücken ;-)

Uwe schrieb:
> Willi schrieb:
>> Ich will einen Voice-Coil Motor (LINEARMOTOR) in eine Achse
>> positionsregeln.
>
> Willi, du fällst mir in den Rücken ;-)

Warum ? Ich bin doch nur HobbyELEKTRIKER =)

Hmm, also könnte ich direkt mit der PWM von 30kHZ auf die Spule ? Zuvor 
jedoch ein LeistungsOPV oder ein Transistor davor schalten.

Oder könnte man sagen: Ich filter mit RC zunächst PWM in DC, dann mit 
LeistungsOPV auf die Spule .

Uwe schrieb:
> Willi, du fällst mir in den Rücken ;-)

Au weia, ich Spätmerker... Asche auf mein Haupt... Willi, du hast ja 
selber den Motor hier wieder in die Diskussion gebracht... Wer nicht nur 
lesen kann, sondern es auch tut, ist klar im Vorteil!

So, nun reiße ich mich aber zusammen:

Willi schrieb:
> Hmm, also könnte ich direkt mit der PWM von 30kHZ auf die Spule ?
Ja, genau so macht man es in der Praxis.
>  Zuvor jedoch ein LeistungsOPV oder ein Transistor davor schalten.
Nein, das wird dann mit einer schnell schaltenden H-Brücke, 
üblicherweise aus MOS-FETs, gemacht. Der elektronische Aufwand ist 
erheblich geringer.
> Oder könnte man sagen: Ich filter mit RC zunächst PWM in DC, dann mit
> LeistungsOPV auf die Spule .
Nein. Nur der Motor filtert 1. mit seiner Induktivität das 
Rechtecksignal in DC (jedenfalls fast) und dann 2. mit seiner Trägheit 
in absolute Ruhe.

Danke Uwe für deine Antworten.

Danke Stephan ! Du hast recht