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May 28, 2023

Wenn Sie ein aktiver Käufer auf RC-Websites sind, finden Sie winzige Motoren mit einer Leistung von Hunderten von Watt und einem Gewicht von nur wenigen Gramm, wie dieser. Leider sind ihre ergänzenden Motorsteuerungen darauf ausgelegt, sie mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben, was bedeutet, dass wir diese Leistungsangabe von „520 Watt“ nur erreichen können, wenn wir in einer Konfiguration mit maximaler Geschwindigkeit und minimalem Drehmoment arbeiten. Sicher, diese Konfiguration ist für RC-Flugzeug- und Multikopter-Enthusiasten völlig in Ordnung, aber für Robotiker, die diese Gleichstrommotoren in einer Konfiguration mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment antreiben möchten, bleiben die Suchanfragen leer.

Die Tage im Staub gehen jedoch zu Ende! [Cameron] hat hart an einer kostengünstigen Regelung mit geschlossenem Regelkreis für die Robotik-Community gearbeitet, die einen herkömmlichen BLDC-Flugzeugmotor in einen High-End-Servomotor umwandelt. Das Beste ist, dass das Gesamtpaket in Teilen nur etwa 20 US-Dollar kostet – einschließlich des Positionssensors!

„Noch ein BLDC-Motorcontroller?“ du denkst vielleicht. „Sicherlich habe ich das schon einmal gesehen“. Fürchtet euch nicht, treue Leser; [Camerons] Lösung wird selbst den mürrischsten Ingenieuren ein Lächeln ins Gesicht zaubern. Zunächst einmal schließt er den Kreis mit einem Halleffektsensor MLX90363 von Melexis, um die Rotorposition zu lokalisieren. Kleben Sie einfach einen kleinen Magneten auf die Welle, kalibrieren Sie das Magnetfeld mit einer Umdrehung und schon ist ein wilder 14-Bit-Encoder entstanden! Das Beste ist, dass diese Lösung in Teilen nur 5 bis 10 US-Dollar kostet.

Als nächstes enthüllte [Cameron] ein wenig bekanntes Geheimnis des ATMEGA32u4, besser bekannt als der Chip im Arduino Leonardo. Es stellt sich heraus, dass das TIMER4-Peripheriegerät dieses Chips eine Funktion enthält, die ausschließlich für die Steuerung bürstenloser Dreiphasenmotoren entwickelt wurde. Komplementäre PWM-Ausgänge sind in 3 Pin-Paare mit konfigurierbarer Totzeit integriert, die in die Chip-Hardware integriert ist. Schließlich pulsiert [Cameron] die FETs mit sauberen 32 kHz – weit über dem hörbaren Bereich, was bedeutet, dass wir nicht das durchdringende 8-kHz-Wimmern hören werden, das für billige BLDC-Motorsteuerungen so charakteristisch ist.

Neugierig? Schauen Sie sich [Camerons] Firmware- und Treiberdesign auf den Githubs an.

Natürlich gibt es Vorbehalte. [Camerons] magnetische Encoderlösung weist eine Verzögerung von einigen Millisekunden auf, die charakterisiert werden muss. Außerdem müssen wir einen Magneten auf die Welle unseres Motors kleben, der nicht bei all unseren Projekten mit großen Platzbeschränkungen fliegen kann. Schließlich gibt es einfach nur alte Physik. In der realen Welt ist das Drehmoment des Motors direkt proportional zum Strom. Wenn Sie also einen handelsüblichen Gleichstrommotor bei maximalem Drehmoment abwürgen, brennen diese aus, da kein Propeller Luft durch sie drückt, um sie abzukühlen. Dennoch kann [Camerons] Closed-Loop-Controller der Homebrew-Robotik-Community endlich die Chance geben, diese Grenzen auszuloten.