ТЕМА: Управление коллекторным двигателем с обратной связью энкодером

Здравствуйте! Уже давно ищу решение этому вопросу, но нахожу или для шаговых двигателей или для сервоприводов (а их мощности не достаточно)

Теперь о подробностях:
Есть привод от стекоподъемника, пока буду работать с ним и в случае успеха то соберу сам свой редуктор понадежнее из металла и в масляной ванне.
Параметры данного привода таковы:
Питание: 12V
Ток в холостого хода: 1,10А
Ток в нагрузке (если пытаться удержать руками, до остановки вала не доходит): 1,6А
(в будущем будет более мощный двигатель с током нагрузки более 20А)

Алгоритм управления нужен такой:
Крутим энкодер (не важно с какой скоростью) и выходной вал редуктора должен повернуться на такой же угол и самое важное с такой же скоростью! Без видимых задержек. Это важно. Так же при обесточивании блока управления нужно что бы запоминалось последнее положение вала.
И учитывая будущие модернизации было бы замечательно иметь своего рода множитель, смысл его в том что бы можно было джампером увеличивать соотношение команд энкодера к двигателю.
Тоисть так: по умолчанию все 1:1 один оборот энкодера к одному обороту выходного вала редуктора. Если требуется то перестановка второго джампера он удваивает количество оборотов вала редуктора до двух при одном повороте энкодера. И так до пяти раз.
Я встречал такой алгоритм у тестеров сервопривода и даже собрал такой на Attiny2313. Но он не работал совсем. Дергался привод произвольно и не слушался переключению оборотов. Еле связался с автором но он не стал проверять проект и просто сказал что все было ОК. Менял МК, все элементы схемы 1:1 по номиналам, печатка его использовалась. Перетыкал 4 сервопривода с рабочей модели и ничего. Так и закинул его в ящик на распайку. Потому пишу здесь, может все не так сложно как я думаю.
Предугадывая вопросы по обратной связи скажу: если кто знает не очень дорогие энкодеры и с хорошим ресурсом-буду благодарен за рекомендации. А пока же буду рассматривать обычный: RS1260ED1
Документацию прилагаю: voron.ua/files/pdf/Encoder/RS1260ED1-V01-0000.pdf
Фото привода тоже:

P.S. Не уточнил что было бы идеально повесить три независимых таких функций на один МК. Тосить три энкодера и три двигателя. Если возможно

MitsuokaOroshi пише: Каким образом управлять скоростью? Насколько я понимаю, то двигатель питается от +12V, управление дискретное: напряжение или подается, или нет. Когда напряжение подается, то скорость вращения постоянная. Если вращение энкодера быстрее, чем способность двигателя, то он будет запаздывать. Если вращать энкодер медленнее, то будут рывки. Как здесь управлять скоростью без "видимых задержек"? Или я неправильно понял вводную?

MitsuokaOroshi пише: Автоматизировал дома раздвижные шторы, обратной связью служит оптопара, на валу двигателя диск с отверстиями. Ресурс - вечный. Не она, название не знаю, но внешне похожа:


MitsuokaOroshi пише: Тут вопрос неоднозначный. Контроллер не может заранее знать, что он будет обесточен. А когда обесточен, то уже ничего записать не может. Таким образом, он должен или по ходу все записывать, или должна быть предусмотрена схема задержки отключения питания на время записи.

Не знаю, что Вы конструируете, может подход другой и Вам не подойдет, но в тех же шторах у меня принцип такой:
Если движение закончено штатно, то положение записывается в память.
Если произошло внезапное обесточивание при движении привода, тогда в памяти положения нет и при следующей подаче питания запускается процесс калибровки. Шторы проходят от одного крайнего положения до другого (механизм оборудован концевиками), определяется весь ход и привод устанавливается в расчетное положение. В моем случае это день/ночь по восходу/заходу солнца.

Я себе это представлял как большой сервопривод, там ведь тоже стоит обычный двигатель но с "обвесом" в виде переменного резистора и микросхемы. Может управлять двигателем транзистором (мощным) открывая его от минимума нужного напряжения (3В, это напряжение с которого начинает стабильно крутить редуктор) до максимальных 12В. Про оптопару Вы верно подметили. На вал редуктора только ее. Но я говорил именно о управляющем энкодере, так как его будем постоянно крутить в разные стороны и с разной скоростью.
А если использовать внешнюю EEprom и в процессе работы постоянно писать туда положения?

К сожалению мне этот способ не подходит( Уже думал об этом.

Была искомая вами версия управления двгателя с щелевым энкодером на валу. Я обращался к ув. Soir, он писал по под мегу 8 которая управляла таким двигателем. Я сверлилку на ней делал. До сих пор работает.

Спасибо за отзыв. Может помните название темы? Почитаю для ознакомления. Хоть у меня и сложнее условия но будет полезно ознакомится

ч\тото не могу найти эту тему. давно это было. Хотя документация на нее должна остаться.

По возможности гляньте, это не к спеху.

MitsuokaOroshi пише: ATTINY2313 и ему похожие AVR не имеют на своем борту ЦАП. Поэтому нужен или внешний ЦАП (можно на резисторах) или выходной сигнал ШИМ с преобразованием в постоянное напряжение. Или какой-то специализированный контроллер.
Но задачу получить одинаковую (с вращением энкодера) скорость, решить будет трудно. Если вообще возможно. Здесь видится только выдача напряжения, пропорционального скорости вращения энкодера, но реальная скорость вращения двигателя может быть (да и будет) несколько другой. Как сделать обратную связь по скорости, чтобы МК подстраивал выходное напряжение в пределах одного шага, пока себе не представляю. Наверно это возможно только при долгосрочной работе двигателя. Такие разработки тут есть - сверлильный станок и еще что-то там...
Кроме того, вращение самого энкодера вряд ли будет равномерным с постоянной скоростью, если это делается вручную. Шаг от шага теоретически скорость будет разная. МК еще сможет менять выходное напряжение, но отследить и скорректировать скорость двигателя пошагово - вряд ли.

MitsuokaOroshi пише: Энкодеры бывают оптические.

MitsuokaOroshi пише: Внешняя память ничего не решает, писать постоянно можно и во внутреннюю. Вопрос только в ресурсах перезаписи.
Кроме того, запись требует времени (а во внешнюю память даже больше), но этот вопрос нужно рассматривать, понимая характеристики устройства. Скорость вращения, время реакции и т.п.

Можно отслеживать наличие питающего напряжения, а на выводы питания МК повесить конденсатор большой (в разумных пределах) емкости, возможно через разделительный диод. При пропадании питания происходит остановка двигателя и делается запись в EEPROM.

Да, примерно это я и имел ввиду, когда писал:

По преобразованию ШИМ в аналоговое напряжение я нашел эту статейку: old.grakovne.org/supply_1/
А по синхронизации оборотов с участием ШИМ пока ищу.

MitsuokaOroshi пише: Да, из этого и выбирайте.

MitsuokaOroshi пише: При простом вращении двигателя это не проблема. (Например, здесь) А вот по шагам как - не представляю.

Я верно понимаю что последняя схема в той статье самая подходящая?
Может сморожу глупость но все же хочу сказать. Возможно ли опрашивать оба энкодера на предмет изменения скорости и если есть разница (минимально возможная) то изменять ширину импульса управляющего скажем той последней схемой из статьи? Как это реализовать программно я тоже не представляю но вдруг это приведет Вас к мысли о варианте решения.
P.S. Готов к лавине тапков

Теоретически, двигатель вседа будет опаздывать минимум на один шаг. Сначала МК должен определить скорость, с которой сделан шаг на управляющем энкодере. (Тут тоже не все гладко, но пока пропустим.) То есть, шаг уже сделан. Затем он должен получить данные с датчика и определить, с какой скоростью отработал двигатель. То есть, дождаться, когда двигатель отработает шаг. И получается, что уже поздно этот шаг корректировать. А к тому времени управляющий энкодер уже может сделал следующий шаг, а может и несколько..., скорость которых может быть другой.

В этом примере регулирование скорости возможно, если датчик устроен таким образом, что на один шаг энкодера приходит с десяток импульсов датчика. Тогда МК анализирует каждый импульс датчика и в пределах одного шага энкодера может что-то корректировать.

Другое дело, если энкодер вращается с постоянной (или меделенно меняющейся) скоростью, на МК поступают импульсы с датчика, он их анализирует и корректирует напряжение. Запаздывание будет, но при постоянном вращении скорость будет сглажена и усреднена.

Кроме того, еще и угол поворота выдержать... То есть, речь идет о коротких движениях? Тут еще и инерцию нужно учитывать...

Но всё это какие-то гипотетические рассуждения оторванные от реалий. А реалии известны только Вам - никаких параметров Вы не даете. Пока что вообще малопонятно о каком устройстве мы говорим, возможно и рассуждения и решения должны быть совершенно другие...

Можно посадить птопару и на вал самого двигателя-тогда это станет как Вы говорите но думаю что синхронизировать вращения энкодера и вала редуктора станет еще сложнее из за другого передаточного соотношения.

Инерцию думаю будет гасить сам редуктор, а та ее оставшаяся часть - весом рычага исполнительного органа. Если что и останется то пока это приемлемый результат.
Я скажу но это ничего не изменит сильно, смысл в том что бы добиться именно такого управления. А так как я не Рокфеллер то не могу себе позволить значительные расходы на ультра точные системы и специализированные ИМС каких еще поискать. Прямая аналогия такому управлению это манипулятор повторяющий руку человека. Полагаю теперь тема заглохнет так как никому не интересно это. Станут усложнять до невозможности. А смысл в том что бы упростить и пусть даже ценой незначительных проявлений энерции.

MitsuokaOroshi пише: Я не про назначение этого устройства, а про его технические характеристики. Самая важная - о каком диапазоне скоростей идет речь? Если это относительно медленные процессы, то можно что-то пытаться выдумать на серийных МК. Если быстрые, тогда уже по-любому нужен специализированный.

Из реального решения пока вижу только выдать со стороны МК напряжение (сигнал ШИМ) пропорциональное скорости вращения управляющего энкодера. Точного повтора скорости не будет, но калибровкой можно что-то близкое подогнать. Конечно, будет зависимость от нагрузки, от температуры и т.п., но по крайней мере, это реально.

Думаю больше чем 3 оборота в сек. нет нужды. А в реале и менее 2-х.
О именно такой калибровке я писал ранее, будь то подстрочник или джампер удваивающий значения управляющего сигнала-не принципиально. Температура в диапазоне 0 до 40 градусов больше не будет. Думаю если получится поддерживать положение вала редуктора как в сервоприводе то это будет идеально. Но опять же, если.

Обороты это вторично, важно частота импульсов.

Про температуру я имел ввиду воздействие на механику, если не будет обратной связи по скорости.

Положение вала удерживать, это как?

Не понял про частоту, извините.
Удержание вала как в случае сервопривода: например мы покрутили энкодер и остановились, редуктор соответственно тоже остановлен и если будет оказываться усилие на него посредством рычага-он должен пытаться вернутся в исходное состояние в каком его остановили. Это как на вытянутой руке держать груз и не давать ему отклонять ее вниз под своим весом.

Понятно, ещё одна сложность. Удержание наверное будет с дерганьем в пределах одного шага датчика положения. Датчик положения нужен аналоговый - переменный резистор, Холла... Или за счёт механики - червячная передача, например.

Многооборотный проволочный подойдет? Есть пара на 10 кОмДа этот редуктор имеет червячную передачу

MitsuokaOroshi пише: Не знаю, я рассуждаю чисто гипотетически, как принцип. Нужно примерять к реальному объекту.
Но опять же, удержание может быть не стабильным. По крайней мере, сразу за остановкой. Контроллеру нужно будет подобрать нужное напряжение, чтобы удерживать привод. Еще неизвестно, как поведет себя двигатель в режиме остановки, оставаясь под напряжением. Будут греться и обмотки, и управляющий транзистор, и блок питания...

По сумме всех исходных требований, мне видится такой проект мало реальным на такой элементной базе.

Элементная баз самая минимальная по простой причине-если не удастся то смысл мне набирать элементов которые могут не понадобится. Все зависит от Ваших взглядов на решение вопроса. Тип МК, энкодера, оптопары и прочего. Я лишь купил привод и все. Если не пойдет то просто подарю другу, пусть поставит себе стеклоподъемик. Прикиньте на свой взгляд какие ресурсы могут понадобится для старта эксперимента и начнем.

Не знаю, Вы за частоту так и не ответили, ТЗ нет...
Если навскидку, то МК желательно с АЦП (тоже неизвестно, будет ли аналоговая часть измерения). На этапе отладки, а может и потом, лучше иметь индикатор (хорошо 1602 или что-то такое), кнопки. Поэтому МК вырисовывается ATMEGA8.
Дальше - управляющий энкодер, узел ЦАП с мощным выходом, датчик положения, или вращения, или что там нужно...

Но сначала описание с техническими характеристиками.

Дисплей 1602 есть, мк какой скажете я куплю-не проблема, ATMEGA8 есть в наличии. энкодер и датчик положения тоже куплю. Думаю было бы хорошо что бы он был с максимально большим разрешением? Узел ЦАП с мощным выходом из статьи что я в начале давал ссылку подойдет по принципу: как есть?
По частоте, если Вы о частоте ШИМ-а то чем выше тем лучше? Верно?
Я могу только описать базовые характеристики, более точные надеялся узнать от тех кто с этим сталкивался. Не конкретно с такой задаче как у меня а с управлением с помощью шим-а