Nochmal: Regelung von DC-Motoren

[RA Dr.M.Michael König]

Am Tue, 22 Jun 2004 21:39:03 +0200, meinte Rafael Deliano
<Rafael_Deliano@t-online.de>:

Die LT1013 hat weniger Bauteile, kann aber in der
Einstellung mühsam werden.

Warum?

LT1013 "tachless"
Der OP ist ein Edel-LM324 mehr nicht.

So habe ich es auch verstanden.

D.h. Input und Output können bis nahe GND.

Da gilt ausweislich des Datenblatts doch auch für den LM324;
hinsichtlich des Outputs aber nur, wenn dessen Belastung nicht zu groß
wird (ich entsinne mich vage, daß hier auch mal darüber diskutiert
wurde, finde es aber nicht mehr). Relevant wird das ja ohnehin nur
beim Komparator A2, aber dessen Ausgang wird ja doch kaum belastet.

Die Schaltung hat die Macke, daß der Kondensator der S&H
( d.h. der CD4016 und der 47nF Folienkondensator ) per
invertierendem OP aber trotzdem hochohmig abgegriffen werden
sollte. Insofern wäre man mit einem CMOS TLC274 gut bedient.

D..h. die hochohmige Beschaltung von A2 ist unschön? Da meine
Gesamtschaltung ohnehin aus mehr (OP) besteht, kann ich ja A1 durch
einen 1/4 324 ersetzen (oder ist hier die Beschaltung auch "unnötig"
hochohmig?) und für A2 z.B. den empfohlenen TLC274 nehmen.
Was ist mit der "desirable characteristic", beim Anlaufen usw. nicht
zu "durchzudrehen"?

Der CD4016 ist billig und als SMD bestimmt nicht grösser.

Und als SMD auch als Einzelgatter erhältlich (jedenfalls der 4066).
Grds. stört mich bei den Schaltern der begrenzte Bereich der
Versorgungsspannung. Aber wenn hier die Betriebsspannung ohnehin
stabilisiert sein muß ...

Die zweite Stufe A1 ist ein Komparator bzw. spannungsgesteuerter
Oszillator.

Wie kann er dann die Motordrehzahl steueren? Dazu müßte doch eine PWM
erfolgen.
Hat der 2k zwischen A1 und A2 eine wichtige Bedeutung?

verzögert, weil man an Spur B sieht, das der Motor erst einen
negativen Spike macht ( Induktivität wurde hart abgeschaltet )
bis die EMK sauber als DC kommt.

Das läßt sich aber doch wohl kaum durch ein "weiches" Abschalten (Elko
parallel?) verhindern - dann wäre der Motor noch unter Spannung und
solange könnte die bemfv auch nicht gemessen werden.

Praktisch muß man auf Breadboard alle RC-Teile an A1 und A2
steckbar ausführen und kann sich dann spielen.

Klar, wie immer bei dieser Art von Schaltungen.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
D-65929 Frankfurt a.M. * Dalbergstraße 4
nospam@drkoenig.de [ersetze "nospam" durch "nginfo"] * www.drkoenig.de

 

[Rolf Bombach]

Rafael Deliano wrote:
....

Wenn er low ist, ist Q3 abgeschaltet, der Motor erzeugt seine
EMK-Spannung, CD4013 ist eingeschaltet und speichert sie
in den 47nF Folienkondensator.

Soweit ich verstanden habe, handelt es sich um einen
Hauptschlussmotor. Dort ist IMHO die EMK klein bis
undefiniert und man lebt von irgendwelcher Remanenz.
Wie gut da diese Art Regelung überhaupt funktioniert,
keine Ahnung.

--
mfg Rolf Bombach

 

[RA Dr.M.Michael König]

Am Wed, 23 Jun 2004 19:16:25 +0200, meinte Rafael Deliano
<Rafael_Deliano@t-online.de>:

(ca. 5 - 8 U/s) ... Getriebe ... Habe ich doch nicht.
Haben Sie Mechanik & Motor schonmal an Labornetzgerät
mit regelbarer DC-Spannung stabil auf die gewünschte
Drehzahl einstellen können ?

Nach Anschubsen ja.

Es kann schon schlicht der Fall sein das der DC-Motor
mangels Drehmoment gar nicht anläuft, obwohl er bei

Da hat er in der Tat ein Problem. Aber dabei hilft doch auch die
Regelung.

0 rpm sein maximales Drehmoment hat.

Hat er das? Aha ....

Das nächste Problem kann sein, daß der Übergang
Haft/Gleitreibung bzw. bei kleinen Motoren
Polfühligkeit jede stabile, simple Regelung
verhindern.

Nein, das paßt schon. Ich habe den Motor zu Beginn mit einem
geregelten Lokdekoder getestet (das ist, wenn wunderts, die einzige
DC-Motorregelung, die mir zugänglich ist). Und damit läßt er sich
wunderbar mit und ohne nachfolgender Mechanik auf sehr niedrige
Drehzahl bei absolut gleichmäßigem Lauf einstellen (PWM- Frequenz ca.
18 kHz). Leider sitzt die Regelung zusammen mit der anderen
Funktionalität in einem PIC bzw. uC und das Ding hat leider keinen
Eingang, um die Steuerspannung für die gewünschte Drehzahl
einzustellen. Also muß ich es selbst machen ...

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
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[RA Dr.M.Michael König]

Am Thu, 24 Jun 2004 19:55:59 +0200, meinte Rolf Bombach
<rolfnospambombach@bluewin.ch>:

Soweit ich verstanden habe, handelt es sich um einen
Hauptschlussmotor. Dort ist IMHO die EMK klein bis
undefiniert und man lebt von irgendwelcher Remanenz.
Wie gut da diese Art Regelung überhaupt funktioniert,
keine Ahnung.

Nein, es geht auch um einen DC-Motor - aber wenn diese Regelung als
solche gut fusioniert ist es ja egal, ob der Ist:-Wert die bemfv des
Motors ist oder der Ausgang eines Tachogenerators, d.h. mit
Tachogenerator o.ä. ist die Schaltung auch für Motoren ohne
auswertbare bemfv geeignet.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
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[Rafael Deliano]

D..h. die hochohmige Beschaltung von A2 ist unschön?
Ein bipolarer OP wie der LM324 will niederohmige

Beschaltung wegen Offset durch hohe Biassströme.
Der Edel-Bipolar LT1013 kann da besser sein.
Wirklich gut ist nur JFet oder CMOS.

"desirable characteristic"
Da ist die Prosa von Jim Williams vage.

Richtig ist: wenn man den 3,3M zieht wird A2 Verstärkung
1 haben. Damit kann man manuell anhand der Steuerspannung
den Regelbereich durchfahren und in Tabelle Eingangsspannung
und EMK-Spannnung am Motor aufnehmen. Der Zusammenhang
sollte linear sein.
Damit kann man die Verstärkung von A2 neu dimensionieren.

Ohne den 68nF-Folienkondensator an A2 wird die Schleife
schwingen. A2 ist der P-Regler und muß durch den Tiefpaß
noch langsamer als der Motor incl. PWM-Umsetzer gemacht
werden.

------------- < ------------
| |
-> A2 -> A1 -> Motor -
Regler PWM

Die zweite Stufe A1 ist
Hat der 2k zwischen A1 und A2 eine wichtige Bedeutung?
Der gehört zu A1.

A1 ist wie gesagt die übliche OP/KOP-Oszillatorschaltung:

GND---C1---+--R1-----+
| |
-|- \ |
| >--+---
-|+ / |
| |
Vcc/2--- R2--+---R3----+

Die würde ein Rechtecksignal mit ca. 50% Tastverhältnis machen.
Beim LM324 hat man schon leichten Fehler weil der Ausgang
nicht rail-to-rail geht sondern bei Vcc=5V nur 0 - 4V.
Man braucht in dieser Anwendung einen Oszillator der
abängig von der Steuerspannung an R2 das Tastverhältnis
ändert und damit eine Umsetzung Spannung auf PWM macht.
Der Widerstand parallel zum 470nF verschiebt den Arbeitspunkt
etwas, wohl günstig für den jeweiligen Regelbereich

erst einen negativen Spike ... bis die EMK sauber als DC kommt.
Das läßt sich aber doch wohl kaum durch ein "weiches" Abschalten (Elko
parallel?) verhindern
Die ursprüngliche Lösung von Williams ist der Transistor Q2:

der induktive Spike wird durch die 1N4001 bei -0,8V gestoppt.
Bei der Spannung wird der Transistor leitfähig und sein Kollektor
liegt bei -0,65V. Das wäre mehr als die -0,3V die der CD4016 mag und
wegen des geringen Stroms macht eine Si-Diode auch nicht 0,8V sondern
nur 0,6V sodaß er zwei in Serie geschaltet hat:

-----+-- 82 Ohm
|
R1 verschlampt
|
CD4016 ---+-- 68nF -- GND
A C1
K
|
A
K
| <- -0,65V
C
GND--R1--B NPN +-- Motor- GND
E |
+-----------+---KA---- GND
-0,8V

Der Widerstand R1 wurde wohl im Stromlauf vergessen ca. 10k - 100k.

Die Schaltung funktioniert bei Versorgung 12V nicht, weil
die Ube-Spannung von Q2 in Sperrichtung 5V nicht überschreiten soll,
vgl Datenblatt. Dann z.B. nochmal zwei Dioden spendieren:


| <- -0,65V
C
GND--R1--B NPN
E
|
1N4148 A
K |
+-----------+---KA--KA-- GND
-1,6V 2x 1N4001

MfG JRD

 

[Rafael Deliano]

Die Schaltung funktioniert bei Versorgung 12V nicht,
... Dann z.B. nochmal zwei Dioden spendieren:
Mit den -1,8V wird allerdings der Eingang des Analogschalters

Probleme haben.

Besser die 1N4001 durch eine SB120 Schottky ersetzen die bei
-0,4V klemmt.
Simple Monoflop-Schaltung vor den Steuereingang des CD4016
die bei steigender Flanke verzögert folgt und bei fallender
Flanke sofort schaltet z.B. so:


-+-R1-+---+-- CD4016
| | |
+-KA-+ C1
|
GND


MfG JRD

 

[RA Dr.M.Michael König]

Am Fri, 25 Jun 2004 10:40:48 +0200, meinte Rafael Deliano
<Rafael_Deliano@t-online.de>:

D..h. die hochohmige Beschaltung von A2 ist unschön?
Ein bipolarer OP wie der LM324 will niederohmige
Beschaltung wegen Offset durch hohe Biassströme.
Der Edel-Bipolar LT1013 kann da besser sein.

Da ich eh keinen LT1013 zur Hand habe werde ich es mal mit dem Oldie
324 ausprobieren ... Versuch mach kluch ...

"desirable characteristic"
Da ist die Prosa von Jim Williams vage.

Ja, eben ...

Richtig ist: wenn man den 3,3M zieht wird A2 Verstärkung 1 haben.

Zieht? An welchem Anschluß? ;-)

Damit kann man manuell anhand der Steuerspannung
den Regelbereich durchfahren und in Tabelle Eingangsspannung
und EMK-Spannnung am Motor aufnehmen. Der Zusammenhang
sollte linear sein.

Ähh - versteh ich nicht. Was kann man tun? Warum?

Damit kann man die Verstärkung von A2 neu dimensionieren.

Mit dem 3M3 - oder was?

Ohne den 68nF-Folienkondensator an A2 wird die Schleife
schwingen. A2 ist der P-Regler und muß durch den Tiefpaß
noch langsamer als der Motor incl. PWM-Umsetzer gemacht
werden.

Aha. Und das heißt? Bei Verkleinerung des 3M3 auf 33k den 68n auf 680n
vergrößern?

Hat der 2k zwischen A1 und A2 eine wichtige Bedeutung?
Der gehört zu A1.

Und bewirkt was?

Man braucht in dieser Anwendung einen Oszillator der
abängig von der Steuerspannung an R2 das Tastverhältnis
ändert und damit eine Umsetzung Spannung auf PWM macht.

Sage ich doch. Das übliche, egal ob mit Dreieck und Kompator oder
VC-duty-cycle.

erst einen negativen Spike ... bis die EMK sauber als DC kommt.
Das läßt sich aber doch wohl kaum durch ein "weiches" Abschalten (Elko
parallel?) verhindern
Die ursprüngliche Lösung von Williams ist der Transistor Q2:

Sorry, aber das war jetzt nicht speziell auf diese Schaltung bezogen
sondern generell. Grds. wird dieser Spike ja durch die übliche reverse
Löschdiode auf deren Spannung, also 0,7V reduziert. Das ändert aber
nicht an der Gegeninduktion als solcher, so daß ob mit oder ohne Diode
für deren Dauer die PWM-Pausen-bemfv nicht gemessen werden kann.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
D-65929 Frankfurt a.M. * Dalbergstraße 4
nospam@drkoenig.de [ersetze "nospam" durch "nginfo"] * www.drkoenig.de

 

[Rafael Deliano]

Damit kann man manuell anhand der Steuerspannung
den Regelbereich durchfahren und in Tabelle Eingangsspannung
und EMK-Spannnung am Motor aufnehmen. Der Zusammenhang
sollte linear sein.
Ähh - versteh ich nicht. Was kann man tun? Warum?
Der Regelkreis wird mangels für den neuen Motor passender

Dimensionierung erstmal nicht/gut funktionieren. Man kann ihn
allerdings auftrennen indem man den 3,3M entfernt und dann
per Steuerspannung aus z.B. Poti den Motor manuell auf
verschiedene Geschwindigkeiten einstellen. Die
Steuerspannung ( Poti am Eingang ) und die EMK-Spannnung
am Motor ( entspricht später der Spannung nach S&H ) sollte man
sich notieren.

Damit kann man die Verstärkung von A2 neu dimensionieren.
Mit dem 3M3 - oder was?
A2 ist ein invertierender Verstärker dessen Verstärkung

durch den 6,8M und den 3,3M einstellbar ist.
Während man manuell steuert macht er nichtinvertierend
Verstärkung 1. D.h. Steuerspannung = Ausgangsspannung.
Anhand der Tabelle kann man ja leicht ausrechnen welche
Verstärkung passt. Da man Sollausgangsspannung von A2
und die entsprechende Eingangsspannung ( = EMK ) auf dem
Papier vor sich hat.

68nF-Folienkondensator
Aha. Und das heißt?
Den Folienkondensator soweit vergrössern, das die Schleife

nicht schwingt. Wenn man ihn zu groß macht regelt die
Schleife halt langsam aus, in vielen Anwendungen ist das
nicht kritisch.
Bei solchen Schaltungen ( d.h. OP mit nachgeschalteter
Endstufe&Last, dann erst Abgriff für Rückkopplung )
muß der OP langsamer sein als das was er sonst noch in der
Schleife hat. Selbst der LM324 wird eine Transitfrequenz
1 MHz haben und ist damit schneller als ein Motor mit
10 Hz. Hier wird die Bandbreite des OP künstlich
durch den Tiefpaß abgesenkt.

MfG JRD

 

[Winfried Buechsenschuetz]

RA Dr.M.Michael König <nospam@drkoenig.de> wrote in message news:<4vpid094cnsucaf2lsmh1mqgpah6st9g0i@4ax.com>...

Am 22 Jun 2004 01:45:46 -0700, meinte w-buechsenschuetz@web.de
(Winfried Buechsenschuetz):

Also ohne ziemlich detaillierte Hinweise auf die Anwendung wird das
nix. Die Regelungseigenschaften hängen z.B. stark vom
Massenträgheitsmoment (nicht der Masse an sich) des angetriebenen

Woher sollte ich diese Daten wissen? Keine Ahnung, wirklich.

Stell Dir mal vor, Du treibst mit dem Motor eine Schwungscheibe (oder
ein 'relativ' träges System) an. Normale Regelungsschaltungen sind
meist einfache P-Regler, d.h. wenn eine (Geschwindigkeits-)Abweichung
detektiert wird, dann schieben sie entsprechend viel Strom in den
Motor rein. Bloß das wird bei einem trägen System nicht reichen - bis
der Motor die Schwungscheibe bei einer Drehzahlabweichung wieder auf
Nenndrehzahl gebracht hat, wird einige Zeit vergehen.

Wenn das System im Vergleich zur Rotormasse des Motors wenig 'träge'
ist, dann reagiert es natürlich schneller auf eine Nachregelung.

Daher wurde zusätzlich ein differentieller Regelanteil eingeführt.
Dieser reagiert nicht auf die Größenabweichung an sich, sondern auf
deren 'Steilheit'. D.h., bei 'plötzlichen' (steilflankigen)
Abweichungen wird mehr 'nachgeschoben' als bei langsamen
(schleichenden) Abweichungen (die man auch mit einem reinen P-Regler
in den Griff bekommen würde).

Durchmesser, da das Massenträgheitsmoment mit d**2 wächst). Man kann
natürlich irgendeine fertige Schaltung nehmen, die für irgendeinen
Motor in irgendeinem mechanischen System gedacht war. Mit etwas Glück
funktioniert die Regelung dann in Deiner Anwendung so, daß sie sich

Ich sehe da gar nicht so große Probleme. Jede dieser Regelung besitzt
doch Komponenten, die auf die jeweilige Regelstrecke angepaßt werden
müssen - daß zeigen doch auch die vorhandenen Applikationsschaltungen.

Ist schon richtig - ein 'richtiger' Regler sollte die o.g.
Grundkomponenten enthalten. Bei der Regleranpassung wird tatsächlich
viel über Probieren gemacht, da in vielen Fällen die Systemgrößen
nicht genau bekannt sind.

Wie gesagt: Anpassung ist kein Hinderungsgrund wenn ich weiß, welche
Bestandteile wie zu welchem Zweck/Ziel geändert werden müssen
("Beschriftung").

Dazu müßten die Regelungsschaltungen entsprechend genau beschrieben
sein. Wenn dies der Fall ist, kann man sicher die P- und D-Anteile
entsprechend hindrehen.

Winfried Büchsenschütz

 

[RA Dr.M.Michael König]

Am 29 Jun 2004 00:38:15 -0700, meinte w-buechsenschuetz@web.de
(Winfried Buechsenschuetz):

Stell Dir mal vor, Du treibst mit dem Motor eine Schwungscheibe (oder

Danke für die Erklärungen - ändert aber nichts daran, daß ich die
mechanischen Eigenschaften nicht beschreiben kann und diese Daten
nicht habe.

Ist schon richtig - ein 'richtiger' Regler sollte die o.g.
Grundkomponenten enthalten. Bei der Regleranpassung wird tatsächlich
viel über Probieren gemacht, da in vielen Fällen die Systemgrößen
nicht genau bekannt sind.

Ja eben. Davor will ich mich ja gar nicht drücken.

Wie gesagt: Anpassung ist kein Hinderungsgrund wenn ich weiß, welche
Bestandteile wie zu welchem Zweck/Ziel geändert werden müssen
("Beschriftung").
Dazu müßten die Regelungsschaltungen entsprechend genau beschrieben
sein. Wenn dies der Fall ist, kann man sicher die P- und D-Anteile
entsprechend hindrehen.

Und so schließtlich sich der Kreis: Nämlich die Frage nach geeigneten
und erprobten Regelungsschaltungen.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
D-65929 Frankfurt a.M. * Dalbergstraße 4
nospam@drkoenig.de [ersetze "nospam" durch "nginfo"] * www.drkoenig.de

 

[RA Dr.M.Michael König]

Am Mon, 28 Jun 2004 09:11:18 +0200, meinte Rafael Deliano
<Rafael_Deliano@t-online.de>:

verschiedene Geschwindigkeiten einstellen. Die
Steuerspannung ( Poti am Eingang ) und die EMK-Spannnung
am Motor ( entspricht später der Spannung nach S&H ) sollte man
sich notieren.
Anhand der Tabelle kann man ja leicht ausrechnen welche
Verstärkung passt. Da man Sollausgangsspannung von A2
und die entsprechende Eingangsspannung ( = EMK ) auf dem
Papier vor sich hat.

Ahhh. Zur Abwechselung mal nicht trial&error sondern "exakte"
Messungen. Also soll die Verstärkung so eingestellt werden, daß die
bemfv in etwa der notierten Steuerspannung entspricht?

Den Folienkondensator soweit vergrössern, das die Schleife
nicht schwingt. Wenn man ihn zu groß macht regelt die

o.k.

Schleife hat. Selbst der LM324 wird eine Transitfrequenz
1 MHz haben und ist damit schneller als ein Motor mit
10 Hz. Hier wird die Bandbreite des OP künstlich
durch den Tiefpaß abgesenkt.

Alles klar, verstanden. Danke.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
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[Rolf Bombach]

Winfried Buechsenschuetz wrote:

Wenn das System im Vergleich zur Rotormasse des Motors wenig 'träge'
ist, dann reagiert es natürlich schneller auf eine Nachregelung.

Daher wurde zusätzlich ein differentieller Regelanteil eingeführt.
Dieser reagiert nicht auf die Größenabweichung an sich, sondern auf
deren 'Steilheit'. D.h., bei 'plötzlichen' (steilflankigen)
Abweichungen wird mehr 'nachgeschoben' als bei langsamen
(schleichenden) Abweichungen (die man auch mit einem reinen P-Regler
in den Griff bekommen würde).

Der D-Teil reagiert auch im gewissen Sinne auf mögliche
Überschwinger des P-Teils. Der Regler wird u.a. deswegen
schneller/besser, da man mit D den P mehr aufdrehen kann.

--
mfg Rolf Bombach