unipolar zu bipolar converter

ein paar wichtige fragen müssten wir noch klären:

ist der Regler digital, also im Arduino und der Ausgang bereits das 
signal für die leistungsendstufe oder, wovon ich ausgehe, wird das +-1v 
signal der sollwert für einen nachgeschalteten Regler?

das hat Einfluss drauf welche Bandbreite bzw. änderungsgeschwindigkeit 
diese Spannung haben muss. je höher diese sein muss, desto schwieriger 
wird es die pwm ausreichend zu filtern und gleichzeitig genug zeitliche 
Auflösung zu erhalten. machst du den filter mit niedriger eckfrequent 
dauert es lang bis dein sollwert eingeschwungen ist, machst du die 
eckfrequenz hoch wird die pwd nicht sauber gefiltert. also richtet sich 
die minimale eckfrequent erstmal nach deiner änderungsgeschwindigkeit 
für den sollwert. die pwd Frequenz muss deutlich darüber liegen, sodass 
der filter sie sauber unterdrücken kann. liegt sie jedoch zu hoch, wirst 
du Probleme haben die pwm fein genug aufzulösen durch den timer. es ist 
also in gewissen grenzen ein Kompromiss.

das ausgangssingal dann auf einen Opv invertierend beschaltet. mit dem 
Verhältnis aus rin zu rv kannst du von 0.5 auf 0.2 skalieren. am nicht 
inv. einging kannst du durch eine entsprechende Spannung auf -1+1 
verschieben.

Genau +-1V wird der Sollwert für einen nachgeschalteten Regler.

Das Problem ist, dass der Regler (der dann den Motor steuert) für mich 
quasi eine Blackbox ist. Aus alten Unterlagen habe ich nur 
herausgefunden, dass er eben ein analoges Signal zwischen -1V und 1V 
benötigt. (Eigentlich zwischen -10V und 10V, die Geschwindigkeit soll 
aber begrenzt werden)

Früher wurde das System über einen LPT Port, der zu einem DA Wandler 
geführt hat der wiederum ein analoges Signal an den Motor gegeben hat 
betrieben. Da der LPT Port immer Probleme macht und keiner mehr weiß was 
der DA Wandler macht und wie er es macht, soll nun eben auf einen 
Arduino umgestiegen werden, der den Regler des Motors bedient.

Somit weiß ich nicht genau wie schnell sich das Signal einstellen muss. 
Allerdings wird der Motor nur dafür benützt eine Linearachse 
anzutreiben. Der Verfahrweg wird dann nochmal über ein Poti gemessen. 
"Arbeitsauftrag" meines Betreuers war es die Geschichte zum Laufen zu 
bringen. Es ist für den Versuchsaufbau unerheblich wie genau die 
Drehzahl des Motors eingestellt werden kann. Wichtig ist dass man sie 
einstellen kann und dass man einen Unterschied "merkt". Die Umschaltzeit 
von z.B. 0V auf 1V ist nicht so wichtig. Außer der Motorregler hat damit 
ein Problem was ich leider nicht wissen kann.

das klingt also nicht nach einem besonders dynamischen system, zumindest 
nicht was den sollwert angeht. wenn du von einer linearachse sprichst 
und du einen Drehzahlregler verwendest wird die achse ja fast 
zwangsläufig in die Anschläge fahren? bist du sicher, dass die 
Geschwindigkeit gesteuert wird und es sich nicht um einen lagerealer 
handelt?

sei es drum, es klingt nach einer vergleichsweise langsamen Geschichte, 
was die sollwertänderungsrate angeht. d.h. ich würde definitiv auf pwm 
und tiefpass gehen.


bei 2v und geforderten 50mv Genauigkeit ergeben das 40 schritte. das 
schafft ein 8bit timer mit links. allerdings solltest du, wenn du 
analogwrite beim Arduino verwendest bedenken dass der nur mit 500hz 
arbeitet. man kann die Frequenz des timers auch hochstehen. dann wird 
das mit dem filtern einfacher und ein system kann dynamischer werden. 
nehmen wir mal an für dein system reichen 10Hz locker aus. dann hast du 
mit einem tiefpass 1. ordnung vermutlich noch keinen besonders 
befriedigenden erfolg. aber das kannst du auch super mit lt spice 
simulieren. ich rate zu 2. Ordnung. wenn du es geschickt machst kannst 
du ein rc Glied am Ausgang des Arduino und dann deutlich hochohriger in 
den Opv rein über dessen gegenkopplung dann den 2. tiefpass setzen.

cableer schrieb:
> wenn du es geschickt machst kannst
> du ein rc Glied am Ausgang des Arduino und dann deutlich hochohriger in
> den Opv rein über dessen gegenkopplung dann den 2. tiefpass setzen.

Wenn man es ganz geschickt macht, baut man um den OPV einen aktiven 
Tiefpass mit komplexen Polstellen, z.B. einen Tschebyscheff Tiefpass 
2.ter Ordung. Das gibt einen deutlich steileren Übergang vom 
Durchlassbereich zum Sperrbereich. Eine Gegenüberstellung der 
verschiedenen TP-Typen findet man z.B. um Tietze-Schenk. 
Halbleiter-Schaltungstechnik, Kap. 12 Aktive Filter

Wolfgang schrieb:
> cableer schrieb:
>> wenn du es geschickt machst kannst
>> du ein rc Glied am Ausgang des Arduino und dann deutlich hochohriger in
>> den Opv rein über dessen gegenkopplung dann den 2. tiefpass setzen.
>
> Wenn man es ganz geschickt macht, baut man um den OPV einen aktiven
> Tiefpass mit komplexen Polstellen, z.B. einen Tschebyscheff Tiefpass
> 2.ter Ordung. Das gibt einen deutlich steileren Übergang vom
> Durchlassbereich zum Sperrbereich. Eine Gegenüberstellung der
> verschiedenen TP-Typen findet man z.B. um Tietze-Schenk.
> Halbleiter-Schaltungstechnik, Kap. 12 Aktive Filter

der Gedanke war mit nur einem Opv auszukommen, weniger die qualitativ 
hochwertigste Lösung zu bieten. was die flanke angeht ist der 
tschebyscheff natürlich deutlich besser.

@to: nicht mit spulen arbeiten. lieber nur rc.

für mich klingt das so als wäre das "Poti auswerten" ein zweiter 
regelgreis der um den Drehzahlregler herum gestrickt wird als äußerer 
regelkreis. in dem fall ist die Bandbreite des sollwertes eben nicht 
total egal. wobei du mit einem langsameren äußeren kreis eher noch auf 
der sicheren Seite bist.

Moritz B. schrieb:
> Was für einen Operationsverstärker kann ich für meine Zwecke

LM358 könnte passen. Kann ab +-1.5V Versorgungsspannung betrieben 
werden.
Siehe App Note im Anhang.

Harry D. schrieb:
> Es geht auch ohne Operationsverstärker,

Klasse Idee!

Hallo Moritz,

ich würde die Schaltung mit dem OPV nehmen, die Du schon selber raus 
gesucht hast.
Ich denke auch das Zeitgeschichten bei Dir eher eine untergeordnete 
Rolle spielen, da diese +/-1V nur eine Sollgröße für den Regler sind, 
die ihm sagt wie schnell das Ding und in welcher Richtung es fahren 
soll. Ich denke mal das jeder moderne OPV für Deine Sache ausreichend 
schnell.

Jetzt mal konkret:
Die Schaltung macht bei 0V -5V und bei +5V +5V. Demzufolge kommt bei 
2,5V 0V raus. Du mußt also dafür sorgen, das Dein Arduino als 
Ruhezustand 2,5V ausgibt. Das geht am besten mit einem DA-Wandler (z.B. 
CP4901-E/P PDIP-8, das Teil kostet 1,39€ bei C). Da die OPV-Schaltung 
eine Steilheit von 1V/0,5V hat, mußt Du also eine Spannung von 2V für 
-1V und 3V für +1V ausgeben. Wie fein Du das stufen kannst hängt von 
Deinem DA-Wandler ab - die gibt es von 8 - 12bit.

Du benötigst für Dein Projekt also einen OPV (LM358, TL081 oder auch 
einen klassischen Typ wie µA725/741), den DAC und den Arduino. Der Rest 
wird mit Software erledigt. Wenn Du ganz gut bist siehst Du noch was 
vor, das beim Einschalten 0V an Deine Blackbox gegeben werden und 
Verbindung zu Deiner Schaltung erst dann hergestellt wird wenn das 
System in einem stabilen Zustand ist.

Dies scheint mir die einfachste Lösung zu sein. Aufwandsmäßig gibt es 
nach oben keine Grenzen - kommt halt drauf an was Du willst.

Zeno

Joe F. schrieb:
> So rischdisch geil wäre ja die 0 .. -1V über eine 2. PWM und eine
> chargepump zu erzeugen. dann fällt die negative versorgungsspannung
> weg...

Prinzipiell hast Du da nicht ganz unrecht, aber Du brauchst halt 2 PWM's 
und dann muß das Signal auch ordentlich geglättet werden, denn die 
Blackbox des TO's wirkt definitiv nicht integrierend.

Das Prinzip wie ich es beschrieben habe, wurde in unserer Firma über 
viele Jahre bei Schablonenbelichtern für die Steuerung des Kreuztisches 
(Masse so um die 50kg) benutzt. Die Positioniergenauigkeit war besser 
als 0,1µm. Also dieses Verfahren kann so schlecht nicht sein.

Zeno