کواد کوپتر سایر مطالب

آشنایی و بررسی کنترلر سرعت موتورهای کوادکوپتر ESC

آشنایی و بررسی کنترلر سرعت موتورهای کوادکوپتر ESC
5 (100%) 3 votes

کنترلر سرعت موتور کوادکوپتر

ما در این پست با نحوه عملکرد ESC(Electronic Speed Controller) آشنا  می شویم و در کل خواهیم فهمید که ESC چیست و چرا باید در کوادکوپترها از این سیستم کنترلی استفاده کرد؟ ESC با استفاده از سیگنال ورودی از یک میکروکنترلر یا فلایت کنترل می تواند RPM یا همان سرعت موتور و ملخ های کوادکوپثر را کنترل کند. یکی از پایه ترین مسئله کنترل پرواز یک کوادکوپتر، کنترل سرعت 4 موتور کوادکوپتر است. با کنترل RPM این چهار موتور، کوادکوپتر می تواند به صورت عمودی و افقی بچرخد و در جهات مختلف حرکت کند. یک ESC می تواند موتورهایی مانند موتور سه فاز DC ، تک فاز DC، تک فاز و سه فاز AC را کنترل کند. ESC ها به صورت Linear یا به صورت Switching طراحی می شوند که راندمان ESC های سوییچینگ بسیار بالاتر از کنترلر های سرعت خطی است. یکی دیگر از مشخصات ESC ها میزان جریان خروجی آنهاست که باید هنگام اتصال به موتور به این پارامتر دقت کرد. برای اطمینان بیشتر از سالم ماندن کنترلر سرعت موتور کوادکوپتر بهتر است از یک ESC با جریان 10 تا 20 درصد بیشتر از جریان مصرفی موتور استفاده کرد.

ECS چگونه سرعت موتورهای BLDC را کنترل می کند؟

در زمینه کنترل الکتریکی یک سیستم ابتدا باید از رفتار این سیستم اطلاعاتی داشته باشیم. اغلب موتورهای Quadcopter ها از نوع BLDC (Brushless Direct Current) سه فاز هستند. برای راه اندازی یک موتور سه فاز DC باید سه ولتاژ به سه پین موتور با سیگنال مشابه شکل زیر داد.

این مطلب را از دست ندهید  راه اندازی ماژول GY-521 با استفاده از آردوینو

سیگنال گیت های ESC

این شکل سیگنال باید از نظر الکتریکی هر یک از خروجی های ولتاژ U V W آن 120 درجه اختلاف فاز دارند. اگر به مدار زیر توجه کنیم:

مدار کنترل سه فاز موتور

در ESC ها Vbus همان ولتاژ باتری لیتیومی است که با مدار کنترل سرعت میزان سطح ولتاژ خروجی و فرکانس آن را کنترل می کند.ماسفت های Q1,3,5 ، های ساید (High Side) هستند و Q2,4,6 لوساید (Low Side) هستند. با دادن سیگنال به این ماسفت ها با توجه به شکل قبل یک ولتاژ سه فاز به ترمینال های موتور می دهد. اگر بخواهیم یک موتور Quadcopter را راه اندازی کنیم و سرعت آن را کنترل کنیم تنها سیگنال دادن به به این ماسفت ها نمی تواند یک موتور BLDC را راه اندازی کند. با توجه به نحوه کارکرد این نوع موتورها باید ابتدا به محل قرارگیری روتور توجه کرد. برای به دست آوردن محل قرار گیری روتور از سنسور های اثر هال (Hall Sensor) استفاده می شود. در اغلب موتورهای کوادکوپتر سنسور اثر هال وجود ندارد. برای بدست آوردن محل قرارگیری روتور از ولتاژ Back EMF به عنوان فیدبک روتور استفاده می شود. این ولتاژ را می توان از اختلاف ولتاژ ترمینال های U V W بدست آورد. در شکل زیر رابطه BEMF و اطلاعات سنسور اثر هال نشان داده شده:

رابطه سنسور اثر هال و Back EMF

تا اینجا به این موضوع پی بردیم که سیگنالهای ماسفت ها توابعی از محل قرارگیری روتور BLDC هست.

برای اینکه سرعت یا همان RPM موتور براشلس سه فاز را کنترل کنیم باید ولتاژ سه ترمینال موتور را تغییر داد. به خاطر سوییچینگ بودن این نوع ESC ها می توان تنها به ماسفت های High Side این مدار سیگنال PWM داد و پهنای پالس را برای کنترل سرعت تغییر داد. برای این کار می توان از تکنیک سیگنال زیر استفاده کرد.سیگنال دهی به موتور کوادکوپتر

این مطلب را از دست ندهید  سنسور شتاب سنج و استفاده از آن در کوادکوپتر

نکته آخر در مورد این نوع سیگنالینگ این است که اگر توالی 2 تا از سیگنال های U V W جا به جا شود موتور برعکس خواهد چرخید. یا برای برعکس کردن چرخش این نوع از موتورها می توانید جای دو عدد از ترمینال های متصل به موتور را عوض کنید.

یک مدار ساده کنترل سرعت موتور کوادکوپتر

در شکل زیر از یک میکروکنترلر ATmega8 برای انجام محاسبات کنترلی و تولید پالس PWM استفاده می شود.

مدار کنترل سرعت موتور سه فاز BLDC کواکوپتر

ماسفت های T4 تا T15 ماسفت های مدار سوییچینگ هستند که با توجه به محل قرار گیری روتور از میکروکنترلر سیگنال دریافت می کنند. در این مدار مقاومت هایی که به ترمینال های A B C متصل هستند مقدار BEMF را برای محاسبه محل روتور BLDC کوادکوپتر استفاده می کند.

در این مدار ماسفت ها دو به دو با هم موازی هستند. موازی کردن ماسفت ها به مدار کمک می کند تا جریان بیشتری را برای موتور تامین کند.

برای بحث و گفتگو و پاسخ به سوالاتتان می توانید به این بخش مراجعه نمایید.

درباره نویسنده

مازیار قنبری نژاد

2 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید