Arduino'lu BLDC Motor: Kablolama, Kod ve Kontrol Kılavuzu

ESC, Arduino'nun BLDC Motorunu Kontrol Etmesine Nasıl İzin Verir?

Bir Arduino, bir BLDC motorun üç fazını doğrudan süremez - mevcut kapasiteye veya yerleşik komütasyon mantığına sahip değildir. Bu iş, Arduino ile motor arasında bulunan ve basit bir PWM sinyalini rotoru gerçekten döndüren zamanlı üç fazlı anahtarlamaya dönüştüren ESC'ye (Elektronik Hız Kontrol Cihazı) düşer.

Arduino açısından bakıldığında, bir ESC tam olarak standart bir RC servoya benziyor. Darbe genişliğinin gaz kelebeği konumuyla eşleştiği, her 20 milisaniyede bir tekrarlanan yaklaşık 1000 ila 2000 mikrosaniye arasında bir darbe bekler. Bu yüzden aynı Servo kütüphanesi hobi servoları için kullanılır, ESC kontrolü için çalışır - Arduino motorla hiç konuşmaz, gerçek komütasyonu gerçekleştiren ESC'nin yerleşik mikro denetleyicisiyle konuşur.

Arduino'yu ESC aracılığıyla BLDC Motora bağlama

Üç ağır kalibreli motor kablosu, BLDC motorundan doğrudan ESC'nin üç fazlı çıkışlarına bağlanır - bu aşamada konektör sırası yön açısından önemli değildir, çünkü herhangi iki kabloyu değiştirmek yalnızca dönüşü tersine çevirir. Motor gücü (tipik olarak motorun voltaj derecesine uygun bir LiPo pil) Arduino'ya değil ESC'nin giriş uçlarına bağlanır.

Sinyal tarafı daha basittir: Arduino dijital pininden ESC'nin sinyal girişine giden tek bir PWM kablosu ve ayrıca Arduino ile ESC arasında paylaşılan bir topraklama. Çoğu ESC, bu sinyal konnektöründe Arduino'ya düzenlenmiş 5V sağlayan bir BEC (Pil Eliminatör Devresi) içerir; bu, ESC'nin BEC çıkışı Arduino'nun akım çekişine göre derecelendirildiği sürece kart için ayrı bir güç kaynağının genellikle gerekli olmadığı anlamına gelir.

Temel Hız Kontrolü için Arduino Kodu

Kablolama yerinde olduğunda kodun kendisi kısadır. Servo kitaplığı, ESC'ye bir servo motor gibi davranır ve hız, kitaplığın açı için kullandığı 0-180 aralığının aynısına eşlenir:

• kullanarak ESC sinyal pinini takın. ESC.attach(9, 1000, 2000) darbe genişliği aralığını açıkça ayarlama
• Manuel hız kontrolü için analog pin üzerindeki potansiyometreyi okuyun
• 0-1023 analog okumayı ESC'nin beklediği 0-180 aralığına eşleyin
• Eşlenen değeri şununla yazın: ESC.yaz(hız) ana döngünün içinde

Bu model çalışır çünkü temeldeki sinyal formatı, belgede belgelendiği gibi, hobi servolarınınkiyle aynıdır. Arduino Servo kütüphane referansı Kitaplığın dayandığı darbe zamanlamasını ve pin kısıtlamalarını açıklayan.

ESC'yi Kurma ve Kalibre Etme

Çoğu ESC, açılıştan hemen sonra motoru döndürmez; ilk önce bir devreye alma sırası beklerler, genellikle başlatmadan sonra gaz kelebeği sinyalinin minimumda bir veya iki saniye tutulmasıyla tetiklenir. Bu adımın atlanması, motorun açılışta kısa bir süre çalışıp ardından durmasının en yaygın nedenidir: ESC, komutları kabul etmeden önce geçerli bir düşük gaz sinyali bekliyor.

Kalibrasyon, ESC'nin minimum ve maksimum darbe genişliği anlayışını Arduino'nun gerçekte gönderdiğiyle eşleşecek şekilde ayarlar. Gaz kelebeği sinyali zaten maksimumdayken ESC'ye güç verin, onay bip seslerini bekleyin, ardından minimuma düşürün ve tekrar bekleyin; bu, potansiyometrenizin eşlenen aralığıyla eşleşmeyebilecek fabrika varsayılanlarına güvenmek yerine, ESC'ye kodunuzun ürettiği tam uç noktaları öğretir.

Sensörlü ve Sensörsüz BLDC: Arduino Kurulumunuzu Neden Değiştiriyor?

Yukarıdaki her şey, kullanıma hazır bir ESC ile eşleştirilmiş sensörsüz bir BLDC motor olduğunu varsayar - en yaygın hobi kurulumu ve çoğu eğitimin varsayılan olarak buna uymasının nedeni. ESC, güç verilmeyen fazda üretilen geri EMF'den rotor konumunu algılar; bu, motor döndüğünde iyi çalışır ancak ESC'nin BEMF zamanlamasına kilitlenebilmesi için motorun kısa bir açık döngü başlatma rampasına ihtiyaç duyduğu anlamına gelir.

Sensörlü bir BLDC motor, sıfır RPM'de bile rotor konumunu doğrudan bildiren üç Hall etkisi sensörü ekler. Bu, başlatma rampasını ortadan kaldırır ve daha yumuşak düşük hız kontrolü sağlar, ancak aynı zamanda ESC'nin veya denetleyicinin Hall sensör girişlerine sahip olması gerektiği anlamına da gelir; düz sensörsüz bir ESC'de bunlar için hiçbir kablo yoktur. Bir proje hassas düşük hızlı torka veya sık başlatma ve durdurmaya ihtiyaç duyuyorsa, sensörlü bir motor ve Hall uyumlu bir kontrol cihazının en baştan tedarik edilmesi, kontrol kurulumunun daha sonra yeniden yapılmasını önler.

Arduino Prototipinden Üretim Sınıfında Motor Kontrolüne

PWM destekli bir ESC, bir konsepti kanıtlamak için doğru araçtır; ucuzdur, iyi belgelenmiştir ve herhangi bir konfigürasyon yazılımı gerektirmez. Ama aynı zamanda gerçek sınırları da var: Arduino'ya akım geri bildirimi yok, minimum koruma mantığı ve tork kontrolü, kapalı döngü hız düzenlemesi veya hata raporlaması gereksinim haline geldiğinde iyi ölçeklenmeyen 1000-2000 mikrosaniyelik bir darbe penceresine bağlı bir kontrol çözünürlüğü.

Bir proje prototiplemeyi geçerek sahada kullanıma sunulan bir ürüne doğru ilerlediğinde, olağan bir sonraki adım, tek bir PWM hattı yerine dijital bir veri yolu üzerinden iletişim kuran bir kontrol cihazıdır. üretim motor kontrol cihazlarını yapılandırmak için kullanılan bir UART-TTL hata ayıklama arayüzü Burada Arduino seri monitörüne benzer bir rol oynuyor; yalnızca darbe genişliklerinden tahmin etmek yerine parametreleri okumanıza ve davranışı doğrudan ayarlamanıza olanak tanıyor.

Hobi ESC'lerini aşan takımlar için, APT'nin CAN veri yolu ile programlanabilir BLDC motor kontrolörlerine giriş noktası temel bir ESC'nin sunamayacağı türden yapılandırılabilir akım sınırlama ve teşhis sunar. Daha sıkı tepki gerektiren uygulamalara (robot kolları, çalıştırılan mekanizmalar, yükü hızla değişen herhangi bir şey) daha iyi hizmet verilebilir. gerçek zamanlı kapalı döngü uygulamaları için tasarlanmış, hızlı tepki veren bir BLDC denetleyici açık döngülü bir hobi ESC yerine.

Denetleyici ve motor özelliklerinin voltaj, akım ve Hall sensörü uyumluluğuna göre hizalanması gerektiğinden, incelemeye değer Sürücü elektroniğinin motor özelliklerine uygun hale getirilmesi için kontrolör ve motor eşleştirme kılavuzu Bir üretim çalışması için donanıma geçmeden önce. Aynı zamanda anlamaya değer Yazılım katmanları modern motor kontrolünü nasıl yeniden şekillendiriyor? , çünkü aygıt yazılımı düzeyinde ayarlama, iyi bir üretim denetleyicisini yalnızca yeterli olandan ayıran şey giderek daha fazla hale geliyor.