Аналоговая схема векторного управления синхронным электродвигателем

[Ilja Bondarev]

1 hour ago, J_Ohm said:

Сигнал с датчика тока аномально быстро достигает противоположного порога.

Скорее пороги, "размываясь" вблизи моментов переключений, достигают сигнала датчика тока, посмотрите на осцилограммы, которые я снял.

Не ясно явлается это "размытие" порогов следствием или причиной неверной работы.

1 hour ago, J_Ohm said:

Явление, скорее всего, связано с паразитной емкостью нагрузки.

Несомненно у нагрузки (вручную намотанные концентрированные обмотки) есть какая то паразитная емкость. Попытался ее измерить своими тестерами - один показал 0, другой минус 55 мкФ. Ни к одному ни ко второму показанию сильного доверия не возникает. Но если эта паразитная емкость (какая бы она ни была по величине) является первопричиной неработоспособности схемы, то как с ней бороться?

Изменено 5 июня, 2020 пользователем Ilja Bondarev

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[J_Ohm]

3 часа назад, Ilja Bondarev сказал:

Скорее пороги, "размываясь" вблизи моментов переключений, достигают сигнала датчика тока

Да. Кроме размытия виден еще непонятный уход порогов. Требуется найти и устранить завязку силовой части с управляющей.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Ilja Bondarev]

5 hours ago, J_Ohm said:

Требуется найти и устранить завязку силовой части с управляющей.

Думаете дело в электромагнитных помехах возникающих при переключениях в силовой части? Как эту завязку найти? Правильные переключения в силовой части могут быть не единственной и не самой главной причиной возникающих, дополнительных к обычному шуму, электромагнитных помех.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[J_Ohm]

1 час назад, Ilja Bondarev сказал:

Как эту завязку найти?

А кто ж его... кроме вас скажет. Проверьте потенциал общего провода в разных местах. Это максимум того, что можно заочно посоветовать.

[Ilja Bondarev]

On 6/6/2020 at 12:08 PM, J_Ohm said:

Проверьте потенциал общего провода в разных местах.

Общий провод (все общие точки разных частей и модулей) у меня реально заземлен. Хотя в разных точках  "земли"  удалось намерять аж 2-16 мВ. Тотже вольтметр с щупом в воздухе "ловит" на порядок-два больше 160-180 мВ. Думаю дело всетаки не в помехах возникающих в силовой части, хотя они, безусловно, присутствуют, но первопричиной неработоспособности врятли являются.

Может первопричиной помех являются компараторы верхнего и нижнего уровня? Корреляция доплнительных помех в сигналах датчика тока, верхнего и нижнего порога с "дерганьем" компаратора (минимум 5-6 срабатываний за 20 мкс) налицо. В приложенных осциллограммах желтая линия сигнал датчика тока, красная - компаратор вехнего уровня, синяя - нижнего, зеленая линия - RS триггер.

Напрашивается "лекарство" в виде гистерезиса у компараторов верхнего и нижнего порога. Думаю  ширина в 100 мВ будет как раз в размер шума на сигналах. Будет ли одной этой меры достаточно или посоветуете еще что-то. Схему с добавленными гистерезисами прикладываю. Правильно ли я ее нарисовал?

 

Schematic_hcc with hysteresis in comps_2020-06-08_12-25-20.pdf

[J_Ohm]

08.06.2020 в 13:34, Ilja Bondarev сказал:

минимум 5-6 срабатываний за 20 мкс

Что компаратор без ФНЧ видит - то и поет. Повторные срабатывания в меру допустимы, гистерезис по идее формирует сам узел. Его наверняка можно сделать и с гистерезисом от ПОС с двумя компараторами, но там есть момент взаимодействия между ними, требующий проработки. 

На схеме не видно блокировочных емкостей по питанию и дополнительно на движках потенциометров порогов (возможно включение конденсаторов от средней точки или земли). Средняя точка не связана с датчиком тока (не вижу линии "Vcc/2" для него) - еще один повод получить в сигнал постоянное смещение и импульсную помеху от цепей питания.

Просадка пороговых при "дребезге" скорее всего вызвана большим током на драйвер, когда он лихорадочно перезаряжает затворы.

 

[Ilja Bondarev]

J_Ohm, я искренне благодарен за помощь вами оказываемую. Без ваших наставлений врятли было бы такое продвижение  в этой теме.

18 hours ago, J_Ohm said:

Повторные срабатывания в меру допустимы, гистерезис по идее формирует сам узел.

Судя по поведению схемы, эта мера превзойдена и без дополнительного гистерезиса на размах шума на сравниваемых сигналах порогов и тока не обойтись. Каждое, кроме первого, срабатывание порогового компаратора  по логике ненужное, но по сути происходит практически стократное усиление части шума, который распространяясь во все каскады схемы "размазывает" сигналы порогов и датчика тока до их перекрытия между собой и как результат разрушается сама логика работы - компаратор срабатывает на очень высокой частоте (почти одновременно) и на верхний и на нижний пороги, переключая тем самым и RS триггер. 

Изменил схему в симуляторе так, что бы пороговые компараторы срабатывали однократно, несмотря на многократное пересечение зашумленных сигналов. Фаил из   LTSpice прилкадываю. Думаю эти дополнительные гистерезисы на порогах сильно поправят ситуацию.

20 hours ago, J_Ohm said:

но там есть момент взаимодействия между ними, требующий проработки.

Сейчас на схеме этот момент учтен?

 

19 hours ago, J_Ohm said:

На схеме не видно блокировочных емкостей по питанию и дополнительно на движках потенциометров порогов (возможно включение конденсаторов от средней точки или земли).

Почитал о блокировочных конденсаторах и добавил их - электролитический 220мкФ на питание и по 100нФ на питание каждой микросхемы. Посмотрите пожалуйста верно ли то что я нараставлял. Схему прилагаю.

 

19 hours ago, J_Ohm said:

Средняя точка не связана с датчиком тока (не вижу линии "Vcc/2" для него) - еще один повод получить в сигнал постоянное смещение и импульсную помеху от цепей питания.

Вот тут не улавливаю вашей мисли - что значит связь датчика тока с потенциалом середины питания? Датчик тока пропорциональный, т.е. при нулевом токе он выдает половину напряжения питания. Потенциал середины (половины) питания нужен в схеме в явном виде для формирования сигналов порогов, сравнимых с сигналом датчика тока. Да, если неточно установить потенциал Vcc/2, то будет смещение относительно истинной середины питания.  И не более того. Точно так же не связан  напрямую с Vcc/2 и сигнал с датчика синуса угла поворота (сигнал HX и HY, тоже пропорциональные датчики Холла). В чем между ними разница в смысле связи с потенциалом Vcc/2?

 

20 hours ago, J_Ohm said:

Просадка пороговых при "дребезге" скорее всего вызвана большим током на драйвер, когда он лихорадочно перезаряжает затворы.

А может дело в том что "звон" высокачастотный и напряжение высокочастотного сигнала успешно садится на паразитной индуктивности проводников (соединительные провода да и дорожки на плате)?

HCC 100mV hyst.asc Schematic_hcc with hysteresis in comps_2020-06-10_17-54-30.pdf

[Ilja Bondarev]

Вчера вечером посетила меня мысль - а что если заменить крутой (ну относительно конечно) 80 наносекундный компаратор порогов на тягомотный ОУ. Покопавшись в коробочках нашел два LM358N, подходящих по распиновке. Вставил в гнезда, включился - "звон" пропал, срабатывает ОУ в режиме компаратора однакратно, правда величина импульса невелика, но ее хватает для срабатывания триггера. По крайней мере до определенного предела, где восходящий фронт компаратора верхнего уровня настолько полог и импульс (если его еще можно так назвать) настолько длинный во времени, что дело заканчивается тем, что RS триггер перестает реагировать и мост просто выключается. Сигналы на осцилоограммах тежи, что и на предыдущих.

Вопрос таков: Какой ОУ или с какими параметрами ОУ взять,что бы он и реагировал одним импульсом и фронт не слишком пологим был? Может какой-то медленный rail-to-rail? Что посоветуете?

[J_Ohm]

Только найду время ответить, как новая вводная...

10.06.2020 в 18:03, Ilja Bondarev сказал:

и без дополнительного гистерезиса на размах шума на сравниваемых сигналах порогов и тока не обойтись

Это равнозначно увеличению уже имеющегося гистерезиса. Помеха, перекрывающая амплитудой все - банальность для всего индуктивно-катушечного. Здесь она либо выглядит безобидно, либо уже не видна в "каше". Уже надоело повторять про фильтр. Необходимость в нем подтверждает и опыт с ОУ LM358N, которому внутренняя частотная коррекция убавляет прыти.

10.06.2020 в 18:03, Ilja Bondarev сказал:

Вот тут не улавливаю вашей мисли - что значит связь датчика тока с потенциалом середины питания?

В идеале - наличие общей земли или надежного общего потенциала для датчика и приемника, соответствующего условному нулю. С однополярным питанием это условие труднее выполнить.

Слева пример, когда при удаленном инструментальном DA1 на шинах питания присутствует неустранимая синфазная импульсная помеха. Дополнительные блокировочные C2 и C3 отводят эту помеху в искусственную стабильную среднюю точку с низким сопротивлением. Сопротивления R1 и R2 делают принятую меру эффективной. Справа более простой и надежный вариант, когда помеха есть только на Vcc.

10.06.2020 в 18:03, Ilja Bondarev сказал:

Сейчас на схеме этот момент учтен?

Речь была о другом, не опробированном варианте с двумя компараторами. С тремя проблемы нет.

То, что в последнем pdf-файле... Если вводить гистерезис от ПОС для двух компараторов, оставлять пороговые смещения как для трех не нужно. И тем более не нужно пропускать эти смещения через потенциометр вместе с сигналами датчиков положения. Работу этой схемы представляю себе с трудом.  Вот вариант с двумя (сам не моделировал).

Только не забудьте, что у компараторов как правило открытый коллектор, а то на схеме подтяжки нет.

10.06.2020 в 18:03, Ilja Bondarev сказал:

А может дело в том что "звон" высокачастотный и напряжение высокочастотного сигнала успешно садится на паразитной индуктивности проводников (соединительные провода да и дорожки на плате)?

Конечно, если мост непосредственно не охвачен емкостью с достаточно низким сопротивлением на ВЧ. Но на графиках видны и вполне себе низкочастотные провалы опорных.

Я бы остановил свой выбор все-таки на обычных компараторах LM2901. В своем применении они точно предпочтительнее ОУ.

[Ilja Bondarev]

On 6/11/2020 at 10:26 PM, J_Ohm said:

Помеха, перекрывающая амплитудой все - банальность для всего индуктивно-катушечного. Здесь она либо выглядит безобидно, либо уже не видна в "каше". Уже надоело повторять про фильтр. Необходимость в нем подтверждает и опыт с ОУ LM358N, которому внутренняя частотная коррекция убавляет прыти.

Опыт с ОУ показал  также, что если импульс на пороговом компараторе одиночный, то "звона" нет, т.е. первопричиной "звонкости" являются помехи генерируемые "дерганьем" компаратора в такт пересечений двух сигналов, изначально имеющих лишь обычный шум размахом около 100 мВ. 

Этот же опыт показывает, что помеха, генерируемая уже переключением моста, никуда не делась, но она не мешает работе поскольку ОУ ее "не видит", т.е. демонстрирует необходимое поведение.  Просто попавшийся под руку LM358N уж слишком медленный с малой скоростю нарастания (slew rate) и не "вытягивает" работу на всех необходимых режимах схемы.

 А именно, для переключения триггера нужен всего лишь один передний фронт импульса компаратора, помеха, идущая от переключения моста с индуктивной нагрузкой, следует уже после переключения RS триггера (пусть и за весьма короткий промежуток времени). Если выбрать в роль компаратора ОУ, которое после переднего фронта "закроет глаза" на помеху от моста на 50-100 мкс, то и бороться с ней (подавлять с помощю активного ФНЧ) не придеться. Может делать так "... не эстетично", "Зато дешево, надежно и практично!"

Принципиально я не против ФНЧ. Просто активный ФНЧ будет означать еще по два ОУ на фазу и  схема, изначально задумывавшаяся как простая и доступная даже не специалисту в области электроники, все усложняется и увеличивается в габаритах. Да и не рационально бороться с собственноручно созданными проблемами, которые по сути ими и не являются или их можно успешно игнорировать.

On 6/11/2020 at 10:26 PM, J_Ohm said:

Справа более простой и надежный вариант, когда помеха есть только на Vcc.

За примеры ФНЧ огромное спасибо. Если не получится "победить" помеху от моста "игнорируя" ее, а не подавляя,  то эти примеры будут очень кстати.

On 6/11/2020 at 10:26 PM, J_Ohm said:

С тремя проблемы нет.

Как и где вы три компаратора в узле насчитали? Изначально было два - верхнего и нижнего порога.

On 6/11/2020 at 10:26 PM, J_Ohm said:

И тем более не нужно пропускать эти смещения через потенциометр вместе с сигналами датчиков положения.

Если вы об узлах, собранных на 4-х ОУ микросхемы U2 (MCP6044), то как же иначе? Ведь ширина девиации тока должна оставаться установленной в заданном процентном соотношении при любой интенсивности (коэффициенте ОС) задатчика тока.

On 6/11/2020 at 10:26 PM, J_Ohm said:

Работу этой схемы представляю себе с трудом.

По крайней мере в LTSpice она очень даже работает.

[J_Ohm]

11 часов назад, Ilja Bondarev сказал:

Просто активный ФНЧ будет означать еще по два ОУ на фазу

Два? ФНЧ первого порядка - интегрирующее RC звено 2 кОм-2,2 нФ на картинке по поводу помех.

Три компаратора было на исходной трехуровневой схеме с "выкатом". Два компаратора на канал выглядят как задел и могут быть использованы для переделки на этот вариант работы, - так я понял. А для двухуровневого достаточно одного с ПОС и без триггера.

11 часов назад, Ilja Bondarev сказал:

Ведь ширина девиации тока должна оставаться установленной в заданном процентном соотношении

Девиация тока связана с диапазоном гистерезиса. Уменьшая его общую для фаз часть при неизменном напряжении питания, увеличиваете частоту и делаете схему чувствительной к коммутационным помехам. После чего опять вводите компараторам дополнительный постоянный гистерезис. Смысл?

[Ilja Bondarev]

1 hour ago, J_Ohm said:

Два? ФНЧ первого порядка - интегрирующее RC звено 2 кОм-2,2 нФ на картинке по поводу помех.

Я понял вы предлагаете активные фильтры делать, а пассивные сделаю там где они еще не совсем есть, уговорили.

2 hours ago, J_Ohm said:

Три компаратора было на исходной трехуровневой схеме с "выкатом"

Вами предложенная трехуровневая  схема с "выкатом" или "толкаи-держи", несмотря на оригинальность и простоту логики, не получила у меня дальнейшего развития, даже не могу толком обьяснить причину. Я собрал в симуляторе схему с "выкатом" с двухуровневым диапазоном регулирования, превнеся в логику принятия решений по срабатываниям пороговых компараторов знак производной задатчика тока (он же сигнал синуса угла поворота), т.е. так как я ранее и хотел. Но для начала запуститься бы просто с "тяни-толкай".

 

2 hours ago, J_Ohm said:

Два компаратора на канал выглядят как задел и могут быть использованы для переделки на этот вариант работы, - так я понял.

Ну в общем, да. Для обоих вариантов нужен узел выдающий срабатывания пороговых компараторов, дальше логика различна  -  у "тяни-толкай" это просто RS триггер, у схемы с "выкатом" чуток посложнее.