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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drehzahlsteuerung für Gleichstrommotor


Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Hallo Forum,

ich möchte einen Gleichstromvibrationsmotor (max. 24V, 10A) mit einer 
Drehzahlsteuerung versehen. Die Drehzahl soll dabei möglichst einfach 
über ein Display ansteuerbar sein.
Ich habe schon viel gegoogled und bin unter anderem auf Bauteile wie 
dies hier gestoßen:

http://motrona.de/waechter.html   (der DZ 260 in der Mitte der Seite)

Ich würde gerne einen optischen Sensor zur Drehzahlmessung benutzen und 
frage mich nun ob ich mit dem o.g. Bauteil nun eine Steuerung des 
Motorstroms/Spannung sprich Drehzahlregelung realisieren könnte.

Ich möchte gerne möglichst fertige Bauteile für mein Vorhaben verwenden,
falls jemand da passendere kennt wäre ich sehr dankbar.

Vielen Dank schon mal im Vorraus.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Horst Wimmer schrieb:
> Die Drehzahl soll dabei möglichst einfach über ein Display ansteuerbar
> sein.
> ...frage mich nun ob ich mit dem o.g. Bauteil nun eine Steuerung des
> Motorstroms/Spannung sprich Drehzahlregelung realisieren könnte.
Nein, das ist ein Überwachungsgerät, das einen Fehler meldet, wenn eine 
drehzahl unter/überschritten wird. Du könntest den natürlich 
zweckentfremden, aber ich bin nicht sicher, ob die Relaiskontakte für 
einen Regler (häufigeres Schalten) ausgelegt sind.

Du willst also an einem Display eine Solldrehzahl vorgeben, die dann von 
dem Motor konstant gehalten und ausgeregelt werden soll?


> Gleichstromvibrationsmotor (max. 24V, 10A)
Mit etwas mehr Mut zum Basteln würde ich zu einem Teil wie das vom Max 
greifen: 
http://www.pollin.de/shop/dt/MzQ3OTQ2OTk-/Motoren/...
Und dann daraus einen Regler bauen...
Oder gleich mal sowas ausprobieren: 
http://www.hood.de/auction/38391540/drehzahlregler...
Da wäre ich interessiert, ob das funktioniert... :-/

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Hallo, erst mal danke für die Antwort.
Auf diese Drehzahlsteller bin ich auch schon gestoßen, ich habe 
allerdings auch das Problem dass ich diesen Vibrationsmotor teilweise in 
sehr niedrigen Frequenzbereichen (unter 6 Hz) betreiben muss!
Ich hätte vielleicht noch die die Drehzahl des Motors erwähnen sollen,
sie beträgt bei maximaler Spannung/Strom (3600 U/min sprich 60Hz).

Der Motor läuft in diesen erforderlichen niedrigen Frequenzbereichen 
sehr unregelmäßig, daher halte ich es für sinnvoll die Drehzahl mit 
einer Lichtschranke zu überwachen und bei unter/überschreiten der 
Drehzahl eben den Strom entsprechend anzupassen.
Die gewünschte Drehzahl sollte wie gesagt bequem über ein Display 
eingegeben werden können.

Gibt es für so etwas schon fertige Lösungen? Das Budget spielt hierbei 
eine eher untergeordnete Rolle. Danke schon mal.

Autor: Nitram L. (nitram)
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such mal nach DLS 24/10 bzw DLS 24/20...

Solldrehzahl kann am mit 0-10VDC einstellen - ein Poti mit einem 
geeigneten LCD-PANELMETER - fertig...

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Horst Wimmer schrieb:
> Hallo, erst mal danke für die Antwort.
> Auf diese Drehzahlsteller bin ich auch schon gestoßen, ich habe
> allerdings auch das Problem dass ich diesen Vibrationsmotor teilweise in
> sehr niedrigen Frequenzbereichen (unter 6 Hz) betreiben muss!
> Ich hätte vielleicht noch die die Drehzahl des Motors erwähnen sollen,
> sie beträgt bei maximaler Spannung/Strom (3600 U/min sprich 60Hz).

Dann geht es sinnvoll nur mit Tachogenerator und Regelung.
Die anderen Lösungen wie Drehzahlbestimmung aus der Motor-EMK, etc 
versagen fast immer bei derartigen 1 zu 10 Drehzahlanpassungsbereichen.

> Die gewünschte Drehzahl sollte wie gesagt bequem über ein Display
> eingegeben werden können.



Das ist der wohl leichteste Teil der Übung. Die Hauptschwierigkeit ist: 
eine kontinuierliche Drehzahlinfo realtime zu bekommen. Und das über 
mind. 10:1.

>
> Gibt es für so etwas schon fertige Lösungen? Das Budget spielt hierbei
> eine eher untergeordnete Rolle.

Die letzte Aussage ändert sich meist sehr schnell wenn's an die 
Umsetzung geht.

Schau mal ob Du da am bestehenden Motor überhaupt einen Tachogenerator 
anflanschen kannst. Sonst wird es ziemlich schnell am Ende sein.

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Hallo, also das mit dem Tachogenerator wird eher schwierig den 
anzuflanschen.. wie würde denn eine entsprechende Regelung mit diesem 
Generator dann aussehen?

zu dem DLS 24/10, das sieht eigentlich ganz gut aus, aber was genau 
bedeutet die Taktfrequenz über 20kHz?

So wie ich das verstehe könnte ich mit diesem Teil eine Steuerung der 
Drehzahl über den Strom bzw Spannung vornehmen, und die Drehzahl wird 
über PWM geregelt wenn ich das dem Datenblatt richtig entnehme?
Taugt das denn überhaupt noch für so niedrige Drehzahlen wie ich sie 
hier benötige?

Grüße

edit:  habe mal eben geschaut und der drehzahlanpassungsbereich bei dem 
DLS 24/10 ist 1:60 was für meine Verhältnisse ja vollkommen ausreichen 
würde.
Meine Idee zur Realisierung wäre nun dass ich mir die Motordrehzahl an 
einem Display ausgeben lasse, und manuell am Drehzahlregler dann 
entsprechend nachregle. Spricht gegen diese Kompromisslösung etwas dass 
ich vllt. übersehen habe?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Horst Wimmer schrieb:
> So wie ich das verstehe könnte ich mit diesem Teil eine Steuerung der
>
> Drehzahl über den Strom bzw Spannung vornehmen, und die Drehzahl wird
>
> über PWM geregelt wenn ich das dem Datenblatt richtig entnehme?
>
> Taugt das denn überhaupt noch für so niedrige Drehzahlen wie ich sie
>
> hier benötige?

Ja, PWM ist für sowas prinzipiell geeignet. Aber dann ist der 
Tachogenerator zwingend nötig, wenn das ganze ruckelfrei laufen soll.

Wenn Du sowas aber wohl nicht anflanschen kannst, können wir hier 
eigentlich aufhören.

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Also dieser Motorregler erhält ja anscheinend vom Motor keine 
Rückmeldung welche Drehzahl gerade vorliegt.
Andrew ich glaube du hast recht mit dem Tachogenerator, sagen wir mal 
ich bekomme es hin einen dort anzubauen, (vielleicht auch eine 
Lichtschranke? das wäre wesentlich einfacher) wie würde denn dann die 
entsprechende Regelung aussehen? könnte ich o.g. Bauteil dafür überhaupt 
verwenden?

Grüße

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Ich habe eben mal mit dem Hersteller dieses DLS Teils telefoniert.
Er meinte dass in diesen niedrigen Drehzahlbereichen der Motor einfach 
an seine Grenzen stößt und auch durch diesen DLS Regler da keine 
großartige Verbesserung im Laufverhalten mehr stattfinden kann.

Er meinte auch dass der DLS Regler im Gegensatz zu einem Regelkreis mit 
Rückführung (also Tachogeber etc.) kaum schlechter sei und dass die 
Abweichung der Drehzahl in normalen Bereichen bei nur ca. 0,1% liegen 
würde.

Grüße

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Also ich möchte es nun doch mit der o.g. Regelung und einem Tachogeber 
versuchen.  Könnte das ganze schon mit diesem Schaltkreis (PI Regler) 
funktionieren?

http://www.rn-wissen.de/index.php/Bild:Analogregler.png


stammt von http://www.rn-wissen.de/index.php/Regelungstechnik

Autor: Schrotty (Gast)
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zur Rückführung der Ist-Drehzahl brauchst du nicht zwingend einen 
Tachogenerator. Es kann auch ein Incrementalgeber sein oder im Motor 
verwendete Hall-Sensoren etc...

Ein PI-Regler eignet sich auf jeden Fall zur Drehzahlregelung, da er im 
eingeschwungenen Zustand keine Regelabweichung aufweist.

Generell ist eine Regelung OHNE Istwertmessung nicht möglich.

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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ok also im moment plane ich einen drehgeber zu verwenden mit ca. 1024 
Imp/U.

Wie kann ich denn das Signal des Drehgebers so umwandeln, dass der 
PI-Regelkreis damit zurecht kommt?

Kennt jemand vielleicht komplette Schaltpläne für mein Problem? Über 
google werde ich leider nicht so richtig fündig...

Danke schon mal!

Autor: Schrotty (Gast)
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Solche Regler gibt es auch komplett fertig zu kaufen. Wenn du halt gar 
keinen Plan von Regelungstechnik hast, bist auf diese Art und Weise 
sicher schneller als mit einem Selbstbau

z.B.
http://www.engelmotor.de/frame.php?ID_M=0205007010...

Autor: Schrotty (Gast)
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Wenn du es aber dennoch selber versuchen willst, dann empfehle ich dir, 
den Einsatz eines µC.
Du willst ja die Sollwertvorgabe über Tasten und Display eingeben und 
dazu brauchst dann eh einen µC. Also kannst auch gleich den Regler in 
dem µC laufen lassen.

µC, die speziell für solche Aufgaben ausgelegt sind, gibt es jede Menge.
Einfach mal bei den gängigen Herstellern unter dem Stichwort 
Motion-Control schauen.
Da findest du sicher Controller mit Eingängen für Inkrementalgeber und 
PWM-Ausgängen.

Autor: Olaf (Gast)
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> Also ich möchte es nun doch mit der o.g. Regelung und einem
> Tachogeber versuchen.

Wie Andrew schon sagte ist das die einzige Moeglichkeit die halbwegs
zuverlaessig laufen wird. GegenEMK ist zwar schoen und elegant und
es macht auch Spass damit rumzuspielen, jedenfalls mir, aber du wirst
bei sehr geringen Drehzahlen kein vernuenftiges Signal mehr erhalten.

Du brauchst also einen Tachogeber, egal ob jetzt optisch oder 
magnetisch, mit eine moeglichst hohen Aufloesung. Also pro Umdrehung 
moeglichst viele Teilungen damit dein Regler etwas zum arbeiten hat.
Ausserdem muss dein Regler aber dann schnell genug zaehlen koennen damit
er auch bei hochstmoeglicher Geschwindigkeit noch mitkommt.
---> vorher ausrechnen.

> Könnte das ganze schon mit diesem Schaltkreis (PI Regler)
> funktionieren?

Das Problem wird sein das der Motor bei sehr langsamer Drehzahl ein 
anderes  Verhalten aufweisen kann als bei hoher Drehzahl. Es kann also 
sein das sich die Regelparameter aendern. Und da ist das Problem, 
beziehungsweise der notwendige Aufwand.
Jetzt spielt Geld bei dir ja keine Rolle (hoho) aber das aendert nichts 
daran das du die Schaltung und Regelung verstehen musst wenn das Laufen 
soll. Wenn ich das richtig verstehe haengt an dem Motor ja nur ein 
Gewicht als unwucht. Das ist bei sehr langsamen Drehzahlen ja sowieso 
schonmal ein schwingfreudiges System.
Und du hast auch noch garnicht erzaehlt was du damit ueberhaubt machen 
willst. Vielleicht gibt es irgendwo in dem von dir gewuenschten 
Drehzahlband dann auch eine Resonanz mit der Masse wo dein Motor 
angeschraubt ist?

Entweder brauchst du also irgendeinen industriellen Regler fuer viele 
hundert Euro den du erst auswaehlst nachdem du mit einem faehigen 
Ingenieur des Herstellers gesprochen hast und dem genau den Problem 
geschildert hat.
Und selbst dann ist es nicht mit einschalten und geht sofort getan.

Oder du baust alles selber und wirst einen enormen Wissenzuwachs 
erlangen muessen. :-)

Oder dein Projekt verlaeuft einfach im Sande...

Oder du hast sehr viel Geld und kannst ein Ingenieurbuero mit der 
Loesung beauftragen.

Olaf

Autor: Horst Wimmer (hallo_99)
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Hey ja danke für die Antworten!

Ja Schrotty das ist genau was ich suche! Ich werde da nochmal anrufen 
zur sicherheit aber es klingt schon fast perfekt.

den sollwert für die drehzahl kann ich ja nun bequem über eine spannung 
einfach mit einem Poti vorgeben.

nun stellt sich mir noch die frage der drehzahlmessung und der ausgabe 
auf einem display. der tachogeber gibt ja die impulse vor, für das o.g 
bauteil werde ich wohl einen digitalen tachogenerator verwenden.
realisiert man so etwas dann am besten mit einem µC oder gibt es da auch 
schon vorgefertigte Lösungen?

Viele Grüße

Autor: Schrotty (Gast)
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Ich habe den Eindruck, dass hier ein paar Begriffe 
durcheinandergewürfelt werden!

Tachogenerator:
Gibt eine der Drehzahl proportionale Spannung aus

Inkrementalgeber:
Gibt auf üblicherweise zwei 90 Grad phasenverschobenen Spuren 
Rechteckimpulse (TTL-Geber) oder bei SinCos Gebern eine Sinus und eine 
Cosinusspur aus.

Resolver:
Gibt die amplitudenmodulierte Absolutpostion aus

Der von mir vorgeschlagene Regler benötigt am Eingang einen 
Tachogenerator!!!
Also nix mit Pulse etc, sondern einfach eine der Drehzahl proportionale 
Spannung, die ein Tachogenerator schon von sich aus ausspuckt.

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