Conclusies:
Er is met succes een variabel en modulair programma voor de MLX81300 gemaakt.
Hiermee kunnen kleine sensorless BLDC motoren tot 3A 30/40W aangestuurd en via snelheid geregeld worden.
Dankzij het External HB Board v1.0 is het mogelijk om kleine 3 fase BLDC motoren tot 3A 30/40W aan te sturen en te regelen.
Het nieuwe programma is gemaakt voor de MLX81300 en is geschreven in de stijl van de Melexis programmeer standaard.
De motor aansturing werkt doormiddel van Six-step en de sensorless closed loop regeling werkt op basis van BEMF met de Zero-Crossing methode.
Om de snelheid te beheersen is een PI regelaar ontworpen. De coëfficiënten van de regelaar zijn bepaald voor de Papst motor.
Alle relevante functionaliteiten zijn gevalideerd en voldoen aan de eisen. Dit wordt ondersteund door de resultaten uit hoofdstuk vijf “Testrapport” en de bijlage “Test resultaten”.
Deze resultaten tonen aan dat de MLX81300 geschikt is voor tenminste de Papst motor. Er is geen reden om aan te nemen dat dit programma niet werkt voor andere motoren. Dit omdat het programma variabel en modulair is opgebouwd. Hierdoor hoeven er alleen motor parameters ingevoerd te worden om een andere motor aan te sturen. Daarnaast is het programma zeer robuust zoals eerder uit de testen is gebleken.
Aanbevelingen:
Hoewel het programma voldoet aan alle eisen is er nog steeds ruimte voor
verbetering. Als eerste moet het programma getest worden met meerdere motoren.
Voor deze motoren moeten de PI coëfficiënten worden bepaald. Vervolgens moet er gekeken worden naar de ramp down snelheid. Hoewel deze binnen de marges valt is hier nog ruimte voor verbetering.
Uitbreidingen voor de toekomst zijn om een Leadangle te implementeren zodat de motor hogere snelheden kan behalen. Ook een stall detectie is een erg belangrijke ontwikkeling. Dit zodat kan worden gedetecteerd of de motor nog draait.
26
Literatuur
Titel: 00901a.pdf Auteur: Charlie Elliott Datum: 1 augustus 2004
Omschrijving: Using the dsPIC30F for Sensorless BLDC Control (pagina 3 & 4) Titel: ATM0841Handleiding afstuderen 2011-2012 definitief.pdf
Auteur: Martine Mulder Datum: september 2011
Omschrijving: Handleiding stage 2010-2011 voor voltijd: E, M, W, TI, IV, TB, GZT Titel: doc8138.pdf
Auteur: ATMEL
Datum: augustus 2004
Omschrijving: AVR194: Brushless DC Motor Control using ATmega32M1 Titel: MLX81300BA_device_spec_8Feb11.pdf
Auteur: Melexis
Datum: 8 februari 2011
Omschrijving: Specificatie van de MLX81300 chip van Melexis Titel: MLX_ACTUATOR_Nov11.ppt
Auteur: Melexis
Datum: november 2011
Omschrijving: Uitleg over de Business Unit Actuators van Melexis Titel: Installation_Melexis_tools.pdf
Auteur: Melexis Datum: Revision 1.2
Omschrijving: Installatie procedure voor de Melexis development tools
Website:
http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/technology/motorcontrol/motortypes/
Datum: 15 februari 2012
Omschrijving: Gebruikt voor theorie aansturing 6 step Website:
http://www.acroname.com/robotics/info/articles/back-emf/back-emf.html Datum: 20 februari 2012
Omschrijving: Gebruikt voor theorie BEMF
27
Verklarende woordenlijst
BLDC motor
Brushless Direct Current motor MLX81300
De chip die ontwikkeld en gemaakt is door Melexis.
BEMF
Back electromotive force Zero-Crossing
Punt waarop de BEMF ½ is van de voedingspanning Flyback puls
In dit verslag wordt met flyback puls bedoeld: de demagnetisatie van de fasewikkeling
Ster
Manier waarop de motorspoelen in een stervorm zijn aangesloten Delta
Manier waarop de motorspoelen in een deltavorm zijn aangesloten Falling BEMF
De BEMF waarbij de spanning van voedingspanning naar nul gaat Raising BEMF
De BEMF waarbij de spanning van nul naar voedingspanning gaat Elektrische rotatie
R
De Letter R wordt in de elektrotechniek gebruikt om de “Resistance” van een weerstand in Ohm weer te geven
L
Geeft de inductantie van een spoel in Henry aan GUI
Graphical user interface welke hier wordt gebruikt voor de communicatie tussen Mens en Laptop / ontwikkelbord
Bijlage 2 Gebruikte hardware
Om de opdracht uit te voeren zijn onderstaande middelen gebruikt.
Software:
Microsoft Windows XP Professional Service Pack 3, MLX16 IDE (Eclipse) Melexis Interactive Debugger, LIN controller (GUI cooling appilcatie) Hardware:
Laptop IBM Thinkpad T60:
Dualcore T5500 @1,66Ghz en 1GB geheugen MLX81300BA EVB V1.0:
Evaluatie bord uitgerust met de MLX81300BB.
Melexis USB LIN Master V2.1:
Zorgt voor de lin communicatie van de laptop naar de MLX81300BA EVB V1.0 Mini E-MLx:
Wordt gebruikt om te debuggen.
Externe HB-brug bord:
Het MLX81300 external HB board V1.0 Laboratoriumvoeding:
PS613 van Velleman en digimess SM5020.
Oscilloscoop:
Tektronix TDS 2024B
Externe Hardware Magna Motor in Ster.
Papst motor in Ster.
Bijlage 3 Testresultaten
Voltage validatie:
Voltage compensatie moet werken tussen 8 en 18 Volt DC. De stap grote is 1V en de snelheid wordt ingesteld op 2000 RPM. 41uS is de duur van één PWM Periode. Het eerste percentage is de tijd dat er geen vermogen in gaat. En het tweede getal is het benodigde PWM percentage om de motor op 2000 RPM te houden. De
omgevingstemperatuur is 21 ºC.
Door de Dutycycle van het PWM te controleren wordt tevens getest of de PI regelaar en de Zero-Crossing methode werken.
Voltage DC PWM DutyCycle in % Speed = 2000 RPM Pass Uit een additionele test is gebleken dat de Zero-Crossing methode bij 1650 RPM en 3,4 Volt nog steeds werkt. Hieronder valt de chip uit omdat deze een minimale spanning van 3,4 Volt nodig heeft . Er is gekozen voor 8 Volt als voorwaarde omdat de LIN communicatie minimaal 7,5 Volt nodig heeft.
Snelheid validatie:
Om de berekende snelheid van het systeem te controleren is er fysiek gemeten met een tachometer(DT-623B). De tolerantie voor het slagen is +/- 50 RPM
Speed setpoint in RPM Measured speed in RPM Pass
850 862 OK
1650 1664 OK
3300 3313 OK
6600 6614 OK
Uit de resultaten hierboven is blijkt dat de waardes ruim binnen de toleranties vallen.
Er is met de hand gemeten, dit kan de statische fout van 12 tot 14 RPM verklaren.
Sensorless closed loop validatie:
Om te controleren dat de Sensorless Closed Loop goed werkt is deze getest op vier snelheden. Iedere snelheid wordt per richting voor drie minuten lang getest. Er mogen niet meer dan 2 ZC gemist worden. De voedingspanning is 12V DC en de omgevingstemperatuur is 21 graden ºC
Speed in RPM Direction tested for 3 minutes each Missed Zero-Crossings Pass
850 Clockwise 0 OK
Om de PI regelaar te testen zijn een aantal metingen gedaan. De voorwaarden voor de Ramp up Ramp down zijn als volgt. Binnen 4 seconden moet de motor van
850RPM naar 6600 RPM gaan en binnen 9 seconden van 6600 RPM naar 850 RPM gaan. De voedingspanning is 12V DC en de omgevingstemperatuur is 21 graden ºC Per onderdeel zijn vijf metingen gedaan.
Ramp Up Gemeten tijd in seconden Pass
Ramp Down Gemeten tijd in seconden Pass
6600 RPM to 850 RPM 8.4 OK
6600 RPM to 850 RPM 8.4 OK
6600 RPM to 850 RPM 8.2 OK
6600 RPM to 850 RPM 8.3 OK
6600 RPM to 850 RPM 8.3 OK
Na een zware verstoring moet de motor binnen 3 seconden weer op de ingestelde snelheid zijn. Een zware verstoring is in deze test een spontane vermindering van de weerstand op de motor as.
Zware verstoring Gemeten tijd in seconden Pass
850 RPM 1.2 OK
850 RPM 1.4 OK
850 RPM 1.1 OK
850 RPM 1.3 OK
850 RPM 1.2 OK
Zware verstoring Gemeten tijd in seconden Pass
1650 RPM 1.3 OK
1650 RPM 1.1 OK
1650 RPM 1.5 OK
1650 RPM 1.3 OK
1650 RPM 1.3 OK
Zware verstoring Gemeten tijd in seconden Pass
3300 RPM 1.7 OK
3300 RPM 1.5 OK
3300 RPM 1.8 OK
3300 RPM 1.7 OK
3300 RPM 1.6 OK
Zware verstoring Gemeten tijd in seconden Pass
6600 RPM 1.6 OK
6600 RPM 1.6 OK
6600 RPM 1.4 OK
6600 RPM 1.5 OK
6600 RPM 1.7 OK
Uit de testen is gebleken dat het systeem op alle snelheden binnen de marges blijft.
De acceleratie en deceleratie van het systeem zijn voldoende. En het herstel na een zware verstoring voldoet ruim aan de marge.