Brushless-Fahrtregler: Grundlagen und Nachbau

  • Danke für die Recherche und dem Link der Software.
    Ich habe mir mal den Quellcode von der main.c angesehen. Auf den ersten Blick checke ich das System noch nicht. Einerseits gibt es einen "Testbetrieb", wo der Motor offensichtlich ohne Hallsensor mit Maximaldrehzahl läuft, andererseits wird hier ständig mit verschiedenen Grenzen bei der Strommessung gearbeitet. *grübel*

    Die aktuelle Drehzahl wird offensichtlich über den Interrupt erfasst bzw. gemessen. (?) Mit der Timer-Initialisierung habe ich noch meine Probleme. (Müßten nach meiner Einschätzung mindestens 16 Bit sein, um die Dynamik im Drehzahlbereich zu verkraften. Wie gesagt, "geschnallt" habe ich das Programm aus dem Stand heraus nicht.

    Beim Abbremsen wird "blind" gefahren, also ohne Drehzahlmessung. Ist nach meiner Ansicht für einen Flugzeug-Regler auch ok. Der Autor geht dabei davon aus, dass der Motor nach 1.5Sekunden von alleine zum Stehen kommt. So ein "Freilauf" wäre bei einem Regler für unsere Bots nicht denkbar. Da muss schon definiert heruntergebremst und dann in der Gegenrichtung Vollgas gegeben werden können.

    B.t.w.:
    Am letzten Dienstag (22.03.11) war auf DMax wieder "Die Modellbauer" zu sehen. Unter anderem wurde auch eine Art "Renn-U-Boot" vorgestellt. Hatte zum Antrieb zwei außenliegende Brushlessmotoren. (So habe ich das zumindest verstanden). Dabei fiel auch die Bemerkung, dass es keine Brushless-Regler zum Kaufen gibt, die vorwärts und rückwärts können. Also wurden die Regler selbst gebaut. => Gehen tut vorwärts/rückwärts also, auch mit Hobby-Elektroniker-Niveau. ;) Wobei bei einem U-Boot der schlagartige Richtungswechsel vielelicht auch nicht unbedingt notwendig ist. (?)

  • Mal so grob was so ein Programm bei sensorlosem Betrieb machen muss:

    (1) Anlauf wird blind gemacht, d.h. es werden verschiedene Muster angelegt und geraten wie der Rotor gerade steht...

    (2) Regelung läuft über 3-phasen PWM. Rotorstellung wird über Gegen-EMK detektiert. Problem dabei ist dass eine ausreichend messbare Regelgröße erst bei einer gewissen Mindestdrehzahl entsteht. Bis dahin ist es reiner Blindflug und viel Algo...

    (3) Auslaufen, Bremsen funktioniert bist zur Mindestdrehzahl, darunter wirds wieder Blindflug...

    Schön ist das nicht, aber im Vergleich zur Regelung mit echter Sensorik oder gar einer Vektorregelung viel einfacher und damit preiswerter...

  • Solange hier einige eine Ahnung haben wird das schon schiefgehen. Ich hab von Mikrokontrollern keine Ahnung.

    Erfahrungen sind was sehr nützliches, leider macht man sie erst kurz nachdem man sie gebraucht hätte...

  • Quote

    Ich hab von Mikrokontrollern keine Ahnung.


    Das kriegen wir die nächsten Jahre schon noch hin. ;)

    (Wie sagt unser Ersthelfer-Ausbilder in der Arbeit immer, als Empfehlung wenn man einer Unfallstelle kommt: "Sicheres Auftreten bei völliger Ahnungslosigkeit" :D )

  • Quote

    Ich hab von Mikrokontrollern keine Ahnung.

    Dito... *Seufz*

    Tu ich mich auch sehr schwer mit...!


    Die Modellbauer? Hehe, einer meiner Lieblingssendungen. Ab und an kann man da gut was bei den Profis abgucken. ;)
    Allerdings ist das ein GANZ anderes Niveau... :)

  • Quote

    Allerdings ist das ein GANZ anderes Niveau...


    Ja, da sind viele semiprofessionelle Firmen darunter, die mit der Sendung u.U. ein bißchen den Umsatz steigern wollen. (...was durchaus legal ist...).

    Was mich bei der Sendung ärgert, sind die großen "Fertigungssprünge". Zunächst wird da immer aus etwas Rohmaterial eine Basis gegossen, geklebt, gegipst, geschnitzt,.... und plötzlich ist das fast fertige Modell da, bei dem nur noch der Akku angeschlossen werden muss. Der ganze Gag mit dem Schleifen, dem Zusammenkleben (ohne dass häßliche Klebstoffnarben entstehen), dem Ausschneiden aus dem tiefgezogenem Polystrol-Rohling, ohne dass Risse oder Sprünge entstehen, usw,... das wird alles totgeschwiegen. Auch wie man die Aufkleber oder die Lackierung macht (ohne Rotznasen im Lack, etc), das machen alles anscheinend die Heinzelmännchen. Genau diese Details wären aber am Interessantesten. :rolleyes:

    Natürlich kann das Kamerateam nicht ein halbes Jahr lang bei den Bastlern im Keller mit dabeistehen. Aber die "Lücken" mit ein paar Fotos und Erläuterungen aufgefüllt, das wäre ja auch schon ein Fortschritt.

  • Bissl OOT aber:

    Hast recht! Glaub letzte Woche war das bei diesen "Unterwasser-Fliegern" Sehr interessant, wie das alles gemacht wird und schwups, gehen beide mit ihren fertigen U-Booten zum See... Schade...

  • Quote

    Original von Replikator
    Bissl OOT aber:

    Hast recht! Glaub letzte Woche war das bei diesen "Unterwasser-Fliegern" Sehr interessant, wie das alles gemacht wird und schwups, gehen beide mit ihren fertigen U-Booten zum See... Schade...

    Ja, gerade bei diesem Projekt ist mir das sehr negativ aufgefallen. Der ganze Einbau von dem Brushless-Regler, die Lademöglichkeit (Anschluss) der Akkus, das Abdichten der Ruderwellen und vor allem die wasserdichte Durchführung der Drähte zu den Motoren wäre interessant gewesen.

    Wieder voll im Topic:
    Mit der Ansteuerung gibt es bei mir noch ein paar Fragezeichen. Irgendwie bin ich davon ausgegangen, dass man die Motoren auch bei höheren Drehzahlen "blind" laufen lassen kann. Also ohne Monitoring der Drehzahl über den Hallsensor.

    Ich bekomme freundlicherweise bei Bedarf einen Brushless-Motor geliehen. (Danke Dirk!). Natürlich habe ich kein Interesse, das gute Stück durch eine stümperhafte Softwareansteuerung und viel zu vielen Amperes zu killen. Ich denke ich werde also doch lieber noch einen Vorversuch machen und kleinere Brötchen backen. Heißt: Den bestehenden Ant-Fahrtregler (er wird derzeit ohnehin einem Redesign unterworfen und "verstärk") mit einer zusätzlichen Stufe für die Waffe auffrisieren und dann mit einem ausgeschlachtetem Festplatten-Antriebsmotor ganz vorsichtig ein paar Umdrehungen machen lassen. rolleyes:

  • Quote

    Natürlich kann das Kamerateam nicht ein halbes Jahr lang bei den Bastlern im Keller mit dabeistehen. Aber die "Lücken" mit ein paar Fotos und Erläuterungen aufgefüllt, das wäre ja auch schon ein Fortschritt.

    Ich bin der festen Überzeugung daß bei diesen Sendungen nicht in chronologisch/logischer Abfolge, sondern reversiert gedreht wird. Also die fangen mit dem fertigen Modell an, zeigen dann ein paar Teil-Bauschritte indem sie das Modell zerlegen oder Fehlkonstruktionen aus der Tonne kramen, und anschließend das Rohmaterial, alles passend im Studio zurechtgeschnibbelt gibt dann die fertige Reportage die jemand der garkeine Ahnung von der Materie hat dann für chronologisch korrekt hält.

  • Nanu... Ich nehme hier zur Kenntnis, dass dieses hochspannende Thema "BLDC-Controller" offenbar wieder eingeschlafen ist und von Reiner nicht mit seinem umgebauten 3-Halbbrücken-Controller gekrönt wurde ... (oder habe ich in der Zwischenzeit meiner Inaktivität etwas verpasst?)

    Ich werde deshalb zum Thema "BLDC-Controller" ein neues Thema eröffnen.

  • ...und von Reiner nicht mit seinem umgebauten 3-Halbbrücken-Controller gekrönt wurde ...

    ob der allererste Wurf von meinem BL-Zweikanal-Regler eine Krönung geworden wäre, das ist bei Prototypen nie gewährleistet. Aber leider bin ich aus Überfluss an Zeitmangel (bzw. Mangel an Zeitüberfluss) noch kein einziges Layout weitergekommen. Aktuell immer noch dabei, aus den Brushed-Fahrtreglern für spezielle Anwendungen zusätzliche Amperes und Sonderfunktionen herauszukitzeln.

    Aber das Thema ist meinerseits nicht vergessen. ;)

  • Zeitmangel? Layout nicht rechtzeitig fertig geworden? ... Willkommen im Club!

    Ich hatte hier ja mal die "Machbarkeitsstudie Radnabenmotor" vorgestellt und sogar vier dieser 2 kW-Radnabenmotoren gekauft. Mit 8 kW wäre das ein kleines eFahrzeug geworden, dafür hatte ich tatsächlich aber keinen Einsatzzweck. Letztlich hätte ich den benötigten BLDC-Controller 4x aufbauen müssen. Auf Lochraster? Das hatte ich einmal gemacht (Projekt eQuad2009) - und das mir gereicht. Der Aufwand ein Layout zu erstellen war mir dann letztlich zu hoch, dass Projekt liegt seitdem auf Eis...

    Ärgerlich dabei ist, dass Mitlesende oftmals nicht verstehen, warum ein bestimmtes Thema nicht fortgeführt und abgeschlossen wird. Es ist leider so, dass ich oftmals etwas projektiere, und wenn das nicht schnell zum Erfolg wird, wird die Sache erstmal zurückgestellt.

    2 kW-Radnabenmotoren mit 15 kg Gewicht je Motor und der Notwendigkeit, mechanisch auf zwei Seiten abgestützt zu werden, waren letztlich nicht der Hit. Deshalb habe ich es jetzt eine Nummer kleiner versucht und einachsige 0,35 kW-Hoverboard-Motoren mit passendem BLDC-Controller kostengünstig zugekauft.

    Mit diesen BLDC-Controllern ist das auch wieder so eine Sache, da hat sich in den letzten Jahren einiges getan. Der Chinamann lernt eben auch dazu - mehr demnächst in einem eigenen BLDC-Controller-Thread...

  • Aber bei ca. 50 Euro für einen VESC, der alles kann, was ich brauche, lohnt sich das nicht.

    Kann das Teil auch einen bürstenlosen Radnabenmotor mit Hallsensoren ansteuern, selbst dann, wenn das Rad mit Gewalt entgegen der vorgegebenen Drehrichtung verdreht wird, ohne das es dabei zu Kommutierungsfehlern kommt?

    Falls nein, was brauchst du denn bei einem BLDC-Controller?

    edit: Habe mir das Teil mal angesehen. Offenbar ist die wichtigste Eigenschaft, eine Funke anschließen zu können... richtig so? Ich staune aber immer wieder über die hohen Stromwerte, die ohne Kühlkörper realisiert werden. Sind das im Zweifel Dauer-Blockadeströme mit einstellbarer Strombegrenzung? Oder erwarten diese Controller frei drehende (nicht blockierte) Motoren, die möglichst über Getriebe auftouren?

    Edited once, last by Lars (December 13, 2021 at 10:16 PM).

  • Also ich bin nicht wirklich der Fachmann dafür; aber ich würde sagen:

    Ja. Dafür sind schließlich die Hallsensoren da. Ob es wirklich bei manuellen Rück-

    wärtsdrehen auch funktioniert, habe ich nie probiert (brauche meine Finger noch)

    Die Ströme die angegeben werden, sind erstaunlich, scheinen aber tatsächlich hin-

    zukommen. ob diese nun dauerhaft fließen können, weiss ich nicht - für die 3 Minuten eines Arena-Kampfes hats aber immer gereicht.

    Und zur 3. Frage: Klar mögen alle BL-Motoren lieber ein Getriebe, um möglichst

    im hohen Drehzahlbereich zu arbeiten, wo dann das Feedback aus den Motorspulen

    eine bessere Steuerung ermöglicht, als über die Hallsensoren. Die sind eigentlich

    nur dazu da, um beim Anfahren die Rotorposition "schätzen" zu können, weil

    die induzierten Spannungen in den Statorspulen noch zu gering sind, um sinn-

    voll ausgewertet zu können.

    Drum haben auch Flug/Multicoptermotoren i.d.R. keine Hallsensoren, weil hier der "Anlauf" nicht so wichtig ist, sondern die Propeller im Normalfall immer in einem

    günstigen Drehzahlbereich betrieben werden.

    Bei Bots oder RC-Cars (oder Akkuschraubern) ist dagegen Leistung auch bei Nahe-0-Drehzahl gefordert, drum braucht man hier die Hallsensoren.

    LG

    -Michael

  • Hallo Michael,

    mal sehen, ob man die unterschiedlichen Herangehensweisen der User hier irgendwie synchronisieren kann. Also für mich MUSS ein BLDC-Controller den vollen Stallstrom / Blockadestrom liefern können, sonst stimmen die Stromwerte nie und nimmer! Ich weiß in etwa wovon ich rede, ich habe bereits 2009 einen BLDC-Controller für ein manntragenes eQuad aufgebaut (mit Anlaufströmen im Motorstrang von 220 A,, hatte hier mal mit Fotos berichtet) - da gab es nur wenige Controller am Markt die Ströme im Bereich 100 A bei Ub = 60 V verdauen konnten.

    Hierzu ein Beispiel: Bei einem VESC fand ich folgende Werte: Dauerstrom 50 A, Spitzenstrom 240 A, Gewicht 80 g.

    Zum Vergleich: Ich besitze einen Elektroroller dessen BLDC-Controller 47 A liefert, bei einem Gewicht von etwa 1800 g!

    Ein Controller, der mit 50 A Dauerstrom angegeben ist, muss das zur Not auch auf nur einer Halbbrücke liefern können, also bei belastetem / blockierten Motor. Nach Kauf eines Controllers ist das mit einem geeigneten Prüfstand zuerst zu verifizieren, sonst taugen sämtliche Mutmaßungen und Planungen nämlich nichts (und ist dann auch mit ein Grund für Enttäuschungen, wenn die Motoren unter Last nur widerwillig Andrehen oder schnelle Richtungsänderungen vollziehen sollen).

    Meine Vermutung: Die VESC-Angabe 50 A Dauerstrom gilt für alle 3 Halbbrücken, die Belastung (und die Verluste!) teilen sich demnach auf 6 MOSFETs auf, statt nur auf zwei.

    Um die Belastung möglichst auf alle MOSFETs schnell und gleichmäßig verteilen zu können, ist es zwingend nötig, dass der Motor möglichst schnell Drehzahl aufbaut, was u.a. im Flugsport auch keine Problem ist.

    Die VESC-Angabe 50 A Dauerstrom würde hernach tatsächlichen 16 A pro Motorstrang entsprechen und erscheint mir für einen BLDC-Controller - der 80 g wiegt und dessen 6 MOSFETs ohne Kühlkörper auskommen - realistisch.

    Ich möchte den VESC-Controller nicht madig machen, sehe aber Anwendungen mit aus dem Stillstand langsam drehenden, belasteten Motoren kritisch und denke, dass bei den Specs bzw. Werbeversprechen getrickst und maßlos übertrieben wird.

  • denke, dass bei den Specs bzw. Werbeversprechen getrickst und maßlos übertrieben wird.

    Das ist wohl fast immer so. Ehrliche Angaben finden sich kaum.

    Viele Anbieter sind halt kreativ uns nehmen die max. Spitzenstrombelastbarkeit

    der verbauten MOSFETS * 6 und prahlen dann damit. Dass das ein Maximalwert

    für eine einmalige definierte Zeitspanne (meist 10 uS oder so etwas) und für einen

    auf einem Spezialkühlkörper mit einem K-Wert von nahe 0 gilt (also halt unter

    Laborbedingungen) wird geflissentlich ignoriert.

    Edited once, last by Buchi (December 14, 2021 at 2:20 PM).

  • Ehrliche Angaben finden sich kaum.

    Aus diesem Grund sollte man, zumindest meiner Meinung nach, jeden Controller auf einem geeigneten Prüfstand vermessen und die Belastungsgrenze herausfinden, bevor man davon mehrere Stück verbaut. Sonst ist die Enttäuschung groß, denn im Bot liegt die Umsetzung oft nur noch bei einem Bruchteil der Herstellerversprechen.

    Sowas geht natürlich nicht mit einem 6S- oder 12S-Akkupaket (und im Zweifel einigen hundert A Kurzschlussstrom), dazu nutzt man ein regelbares, strombegrenzendes Netzteil (NT) und eine Möglichkeit, die Drehzahl (bzw. PWM) langsam von 0 auf max. zu erhöhen. Der Motor ist dabei fest auf einer Position zu blockieren (nicht mit der Hand) und die Strombegrenzung am NT langsam zu erhöhen. Idealerweise kann man den Strangstrom messen oder zumindest den Batteriestrom am NT ablesen. Nun werden Ansteuerung und NT-Strombegrenzung schrittweise erhöht und zwar maximal solange, bis an den beiden betreffenden MOSFETs (1x H-FET, 1x L-FET) 60 °C erreicht werden. Jetzt geht es darum, die 60 °C zu halten (ggf. die Ansteuerung / PWM schrittweise anpassen) und parallel den Strangstrom zu ermitteln und als reellen Stromwert zu notieren.

    Dabei darf die Elektronik des Controllers aufgrund einer wirksamen Strombegrenzung nicht beschädigt werden, sonst taugt er meiner Meinung nach ohnehin nichts...

    Als ich eine H-Brücke entwickelt und hier im Forum vorgestellt hatte, da kam natürlich die Frage auf: Muss die Brücke kurzschlussfest sein? Ich hatte von Anfang an Kurzschlussfestigkeit berücksichtigt, denn so ist auch ein 5-facher Anlaufstrom im Motor kein Problem für die MOSFETs. Tatsächlich kam es in meiner Brücke zu einem Kurzschlussstrom von über 500 A (mit einer 800A-Stromzange aufgenommen) - aber nur für einige µs, dann wurde abgeregelt.

    Bezüglich der Hallsignale: Meiner Meinung nach MUSS ein BLDC-Controller Hallsignale verarbeiten, auch dauerhaft. Ich verstehe bislang nicht den mutmaßlichen Vorteil, von Hallerkennung auf Gegen-EMK umzuschalten. Es gibt zwar einige Ansteuertricks um die Motordrehzahl künstlich zu überhöhen (bei gleichzeitiger Zunahme der Stromaufnahme), aber ob dies damit erreicht werden soll ist mir schleierhaft...

    Ich gebe dazu ein praktisches Beispiel:

    Bei meinem 5 kW Selbstbaucontroller (Projekt eQuad2009) hatte ich die Hallsignale nicht nur zur Kommutierung ausgewertet, sondern zudem die korrekte Reihenfolge im laufenden Betrieb überwacht! Ein falsche Kommutierung unter Last und bei hoher Drehzahl kann den Motor aus der Verankerung reißen! Zudem fliegt einem der Controller um die Ohren - habe ich alles erlebt!

    Aus diesem Grund wird bei jedem neuen Hall-IRQ (Interrupt; ich weiß, mag Reiner überhaupt nicht) in der Interruptroutine zunächst die Gültigkeit des Hallsignals überprüft. Generell sind bei 3 Hallsensoren schonmal die Werte 000 und 111 unzulässig, was die erste Prüfung wäre (z.B. Kabelbruch, Stecker abgerutscht, o.ä.). Danach wird geprüft, ob das aktuelle (neue) Hallsignal auch in der richtigen Reihenfolge ist, also dem erwarteten Signal entspricht. Die Reihenfolge ist bei Vorwärts anders als bei Rückwärts, weshalb aus Zeitgründen die IRQ-Routinen doppelt vorhanden sind (Reiner wird verzweifeln, Doppelter Speicherplatzbedarf, doppelte Fehlerquelle...).

    Wenn das Hallsignal fehlerhaft ist werden SOFORT die MOSFETs freigegeben, der Motor rollt aus (Freewheelling). Natürlich können bei stromlosem / ausdrehendem Motor die Hallsignale weiter eingelesen werden, und sollten 6 Signale in korrekter Reihenfolge kommen wird die Kommutierung mit dem 7. Hallsignal eben wieder aufgenommen. Im laufenden Betrieb würde man in solch einem Fall einen sporadisch zuckenden Motor bemerken, aber es wird nichts beschädigt.

    Das wollte ich mal aufzeigen, also wozu die Hallsignale benötigt werden. Es ist eben nicht nur um einen Anlauf zu realisieren, sondern garantiert vielmehr einen sicheren Betrieb des Motors. Das ist meine Sichtweise als Entwickler.