Σύνδεση κωδικοποιητή σε VESC (AS5047, ABI): πότε, γιατί και ρυθμίσεις
Ένας κωδικοποιητής (encoder) μετρά τη θέση του ρότορα με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από τους αισθητήρες Hall. Σε ένα VESC, επιτρέπει ακριβή ροπή στη στάση, έλεγχο θέσης και ομαλή λειτουργία σε πολύ χαμηλές ταχύτητες. Ωστόσο, απαιτεί προσεκτική μηχανική εγκατάσταση, ειδική ρύθμιση και είναι χρήσιμος μόνο σε συγκεκριμένα οχήματα ή μηχανές. Δείτε τι προσφέρει το VESC Tool, πώς να το ρυθμίσετε και πότε αξίζει τον κόπο.
Τα βασικά
- Ο τύπος του κωδικοποιητή επιλέγεται στο Motor Settings, General, καρτέλα Sensors, παράμετρος Sensor Port Mode.
- Στο FOC, επιλέγουμε στη συνέχεια Encoder στο Sensor Mode (σελίδα FOC).
- Ένας AS5047 παρέχει απόλυτη θέση αμέσως μόλις ενεργοποιηθεί· ένας κωδικοποιητής ABI πρέπει πρώτα να βρει τον παλμό ευρετηρίου (index).
- Η ανίχνευση του κωδικοποιητή μετρά τρεις τιμές: Encoder Offset, Encoder Ratio και Encoder Inverted.
- Σε έναν κινητήρα-τροχό ηλεκτρικού πατινιού, οι αισθητήρες Hall είναι σχεδόν πάντα επαρκείς.
Κωδικοποιητής, Hall, χωρίς αισθητήρα: οι διαφορές
Οι αισθητήρες Hall που είναι ενσωματωμένοι στους περισσότερους κινητήρες παρέχουν τη θέση σε βήματα 60 ηλεκτρικών μοιρών. Το VESC πραγματοποιεί παρεμβολή μεταξύ αυτών των βημάτων, κάτι που αρκεί υπερβολικά για την εκκίνηση ενός οχήματος. Ένας κωδικοποιητής δίνει τη θέση συνεχώς, με χιλιάδες βήματα ανά περιστροφή. Χωρίς αισθητήρα, ο ελεγκτής εκτιμά τη θέση μέσω υπολογισμού, κάτι που λειτουργεί καλά εν κινήσει αλλά όχι στη στάση. Ο οδηγός μας για τους αισθητήρες θέσης κινητήρα Hall, κωδικοποιητή και resolver συγκρίνει τις τεχνολογίες.
Η βοήθεια του VESC Tool συνοψίζει σωστά τις χρήσεις: ο κωδικοποιητής λειτουργεί εξαιρετικά σε εφαρμογές ελέγχου θέσης, όπως σε μια μηχανή CNC· οι αισθητήρες Hall προσφέρουν άμεση εκκίνηση, αλλά είναι λιγότερο κατάλληλοι για έλεγχο θέσης.
Οι κωδικοποιητές που υποστηρίζει το VESC Tool
Η παράμετρος Sensor Port Mode εμφανίζει τους αισθητήρες που μπορεί να αναγνώσει το λογισμικό (firmware). Οι πιο κοινοί:
| Sensor Port Mode | Αρχή λειτουργίας | Σημείο προσοχής |
|---|---|---|
| Hall Sensors | Οι αισθητήρες Hall του κινητήρα | Η προεπιλεγμένη ρύθμιση |
| ABI Encoder | Αυξητικός κωδικοποιητής με εξόδους A, B και index | Άχρηστος μέχρι να βρεθεί το index· ρυθμίστε το Encoder counts |
| AS5047 Encoder | Μαγνητικός κωδικοποιητής συνδεδεμένος μέσω SPI | Απόλυτη θέση από την πρώτη στιγμή, ελαφρά μη γραμμικότητα |
| AS5X47U Encoder (SPI) | AS5147U ή AS5247U, με λειτουργίες ασφαλείας | Συνδέεται στη θύρα COMM· καμία εφαρμογή δεν πρέπει να χρησιμοποιεί UART, I2C, ADC2 ή ADC3 |
| Sin/Cos Encoder | Αναλογικές έξοδοι ημιτόνου και συνημιτόνου | Ευαίσθητο σε παρεμβολές: θωρακισμένο καλώδιο και φιλτράρισμα |
| AD2S1205 Resolver | Resolver με κύκλωμα μετατροπής | Εξειδικευμένο υλικό (hardware) |
Η λίστα περιλαμβάνει και άλλα μοντέλα (MT6816, TLE5012, BISSC, κ.λπ.), τα οποία διαφέρουν ανάλογα με την έκδοση του firmware. Η βοήθεια του VESC Tool υπενθυμίζει ότι αυτή η παράμετρος δεν έχει κανένα αποτέλεσμα όσο ο κινητήρας λειτουργεί χωρίς αισθητήρες.
Η περίπτωση του κωδικοποιητή ABI
Ένας κωδικοποιητής ABI δεν γνωρίζει την απόλυτη θέση του κατά την ενεργοποίηση. Σύμφωνα με τη βοήθεια, ο ελεγκτής περιστρέφεται σε ανοικτό βρόχο έως και μία μηχανική περιστροφή για να βρει τον παλμό ευρετηρίου (index), στην πρώτη εκκίνηση μετά από κάθε ενεργοποίηση. Η παράμετρος Encoder counts πρέπει να ρυθμιστεί: συνήθως είναι η ανάλυση του κωδικοποιητή πολλαπλασιασμένη επί τέσσερα, καθώς καταγράφεται κάθε μέτωπο των δύο σημάτων.
Η μηχανική συναρμολόγηση
Ένας μαγνητικός κωδικοποιητής όπως ο AS5047 διαβάζει έναν μικρό μαγνήτη στερεωμένο στην άκρη του περιστρεφόμενου άξονα, ενώ το τσιπ παραμένει σταθερό απέναντι, καλά κεντραρισμένο και σε μικρή απόσταση. Οποιοσδήποτε τζόγος ή απόκλιση κεντραρίσματος μεταφράζεται σε σφάλμα θέσης. Σε έναν κινητήρα με περιστρεφόμενο άξονα, αυτό είναι σχετικά απλό. Σε έναν κινητήρα-τροχό ηλεκτρικού πατινιού, ο άξονας είναι σταθερός και περιστρέφεται το εξωτερικό καμπανάκι: η τοποθέτηση κωδικοποιητή απαιτεί σοβαρή μηχανική προσαρμογή. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι κινητήρες-τροχοί περιορίζονται στους αισθητήρες Hall.
Όσον αφορά τη καλωδίωση, ο κωδικοποιητής συνδέεται στη θύρα αισθητήρων ή στη θύρα επικοινωνίας, ανάλογα με το μοντέλο και την πλακέτα. Οι ψηφιακές συνδέσεις επηρεάζονται από τα μακριά καλώδια που περνούν δίπλα από τα καλώδια των φάσεων: χρησιμοποιήστε κοντό καλώδιο, θωρακισμένο αν είναι δυνατόν, μακριά από τη γραμμή ισχύος.
Η ρύθμιση στο VESC Tool
- Επιλέξτε τον κωδικοποιητή στο Sensor Port Mode και αποθηκεύστε τη διαμόρφωση.
- Πραγματοποιήστε την ανίχνευση FOC του κινητήρα (αντίσταση, επαγωγικότητα, ροή) όπως συνήθως: δείτε τον οδηγό μας για την ανίχνευση FOC.
- Εκκινήστε την ανίχνευση του κωδικοποιητή (ενότητα βοήθειας Detect FOC Encoder Parameters): σύμφωνα με τη βοήθεια, ο κινητήρας περιστρέφεται αργά σε ανοικτό βρόχο και στις δύο κατευθύνσεις, για μία μηχανική περιστροφή, ενώ αναγινώσκεται ο κωδικοποιητής.
- Επαληθεύστε τα τρία αποτελέσματα: Encoder Offset (απόκλιση μεταξύ του μηδενός του κωδικοποιητή και αυτού του κινητήρα), Encoder Ratio (ο αριθμός ζευγών πόλων για κωδικοποιητή προσαρμοσμένο απευθείας στον άξονα: 7 για κινητήρα 14 πόλων, όπως αναφέρει η βοήθεια) και Encoder Inverted (κωδικοποιητής που μετρά αντίστροφα).
- Εφαρμόστε τις ρυθμίσεις και, στη συνέχεια, επιλέξτε Encoder στο Sensor Mode της σελίδας FOC.
Πάνω από μια ορισμένη ταχύτητα, ο ελεγκτής μπορεί να μεταβεί σε λειτουργία χωρίς αισθητήρες: αυτή είναι η ρύθμιση Sensorless ERPM στην καρτέλα Encoder. Για να βεβαιωθείτε ότι ο κωδικοποιητής και ο παρατηρητής συμφωνούν, η σελίδα Realtime Data προσφέρει το γράφημα Obs vs Enc: η απόκλιση μεταξύ της εκτιμώμενης και της μετρούμενης θέσης πρέπει να παραμένει μικρή.
Πότε ο κωδικοποιητής αξίζει τον κόπο
- Έλεγχος θέσης: ρομπότ, βραχίονες, άξονες, σερβομηχανισμοί. Δείτε τον οδηγό μας για τις λειτουργίες ελέγχου VESC.
- Ακριβής ροπή σε μηδενική και πολύ χαμηλή ταχύτητα: βαρούλκα, μηχανισμοί με φορτίο κατά την εκκίνηση.
- Κινητήρες χωρίς αισθητήρα Hall και χωρίς επαρκή αναγεωμετρία (salience) για HFI: δείτε τον οδηγό μας για το HFI.
Σε ένα ηλεκτρικό πατίνι ή μια ελαφριά μοτοσυκλέτα, ο κωδικοποιητής σπάνια προσφέρει αισθητή βελτίωση σε σύγκριση με αισθητήρες Hall σε καλή κατάσταση.
Η συμβουλή του εργαστηρίου
Ένας κακά στερεωμένος κωδικοποιητής είναι χειρότερος από το να μην έχετε καθόλου αισθητήρα: μια λανθασμένη θέση υπό φορτίο προκαλεί κραδασμούς ή απώλεια ροπής. Φροντίστε τη βάση, το κεντράρισμα του μαγνήτη και το καλώδιο πριν αλλάξετε τις ρυθμίσεις. Για ρομπότ ή ειδικές μηχανές, το τμήμα μελετών μας σχεδιάζει την πλήρη ηλεκτροκίνηση, συμπεριλαμβανομένου του αισθητήρα, προσαρμοσμένη στις ανάγκες σας· για μεμονωμένες εργασίες, το εργαστήριό μας προσφέρει υπηρεσίες με την ώρα (https://rage-mechanics.com/el/ta-proionta-mas/1529-ergasia-30-lepton.html).
Συχνές ερωτήσεις
Χρειάζεται κωδικοποιητής σε ένα ηλεκτρικό πατίνι με VESC;
Σχεδόν ποτέ. Οι αισθητήρες Hall του κινητήρα-τροχού παρέχουν άμεση εκκίνηση και ο παρατηρητής αναλαμβάνει εν κινήσει. Ο κωδικοποιητής δικαιολογείται για έλεγχο θέσης ή για ακριβή ροπή στη στάση.
Ποια είναι η τιμή του Encoder Ratio;
Για κωδικοποιητή τοποθετημένο απευθείας στον άξονα, είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων του κινητήρα. Η διαδικασία ανίχνευσης του κωδικοποιητή τον μετρά αυτόματα.
Γιατί ο κωδικοποιητής ABI δεν βοηθά στην εκκίνηση;
Πρέπει πρώτα να βρει τον παλμό ευρετηρίου (index). Μέχρι να τον βρει, ο ελεγκτής περιστρέφεται σε ανοικτό βρόχο, έως και μία μηχανική περιστροφή μετά από κάθε ενεργοποίηση.
Ο κινητήρας δεν λειτουργεί σωστά με τον κωδικοποιητή, τι να ελέγξω;
Ελέγξτε τη μηχανική συναρμολόγηση (τζόγοι, κεντράρισμα μαγνήτη), τη καλωδίωση και στη συνέχεια εκτελέστε ξανά την ανίχνευση του κωδικοποιητή. Το γράφημα Obs vs Enc στη σελίδα Realtime Data δείχνει αν η μετρούμενη θέση είναι συνεπής.