Configuração simples e de baixo custo do dinamômetro para testes de motores (parte 2)

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No Parte 1, Fiz uma visão geral dos detalhes técnicos que impactaram as decisões de design do dinamômetro. Neste artigo, descrevo o sistema dinamômetro final que os alunos da equipe do banco de ensaios de torque do motor (MTTB) construíram para mim.

A solução

figura 1 mostra um diagrama de blocos da arquitetura do dinamômetro. tabela 1 descreve cada um dos componentes do dinamômetro com os motivos da seleção.

1. É mostrado um diagrama de blocos do dinamômetro. 1. É mostrado um diagrama de blocos do dinamômetro.

Tabela de diâmetros1

O custo total dos principais componentes do dinamômetro é de quase US $ 303. Isso não inclui a estrutura de alumínio para montagem dos motores, hardware e custos de usinagem (US $ 140 em custos de material + US $ 413 em custos de mão-de-obra).

GUI e firmware iniciais – controle de velocidade

Artigo de Chris Clearman e o conselho que ele me deu offline ajudou a equipe do MTTB a decidir sobre a configuração do hardware. A equipe e eu experimentamos o firmware do InstaSPIN-MOTION, como Chris recomenda no artigo. Usando o exemplo de firmware Lab12b da MotorWare, Criei uma GUI inicial (interface gráfica do usuário) para o dinamômetro (Figura 2).

2. Usando o firmware Lab12b, essa GUI foi criada.2. Usando o firmware Lab12b, essa GUI foi criada.

Eu criei um novo Projeto GUI Composer (é necessário o login myTI) seguindo as etapas para Interface MSP432 XDS (informações mais úteis sobre o GUI Composer no “Começando” página). Liguei os indicadores e controles às seguintes variáveis ​​exigidas pelo Lab12b. A adição “. $ Q24” no final do nome da variável ajuda o GUI Composer a exibir os tipos de variáveis ​​IQ-math corretamente. Caso contrário, os interpretaria como um “longo” e os valores não fariam sentido. mesa 2 mostra como eu vinculei as variáveis ​​aos controles e descreve a função de cada controle.

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Tabela de diâmetros2

Figura 3 descreve a estrutura do diagrama de blocos do código Lab12b. O algoritmo SpinTAC trabalha para regular a velocidade do motor com base nos sinais do codificador. Se um torque externo começar a desacelerar o motor, o controlador SpinTAC aumentará a Euq atual (o mesmo que Euqsr da Equação 3 do primeiro artigo) para aumentar o torque PMSM.

3. O algoritmo de controle Lab 12b FOC é aplicado para regular a velocidade do motor.3. O algoritmo de controle Lab 12b FOC é aplicado para regular a velocidade do motor.

Seguindo o blog de Chris, o Lab 12b pode implementar um dinamômetro básico definindo os valores negativo e positivo. Euq limita a um nível de corrente que produz o torque desejado quando a referência de velocidade é 0 kRPM. À medida que o motor em teste (MUT) gira o PMSM, o controlador SpinTAC aumenta a Euq corrente (e, portanto, o torque) para tentar trazer a velocidade do rotor de volta a 0 kRPM. Eventualmente, o erro no loop SpinTAC aumenta a um ponto em que o requisito Euq a corrente está no seu limite positivo ou negativo. Isso funcionou muito bem nos testes iniciais, mas requer mais modificações para controlar totalmente o torque.

A próxima etapa foi modificar o firmware do Lab 12b para remover o loop de controle de velocidade. Fiz isso desativando o loop SpinTAC e modificando o Lab 12b usando algumas das instruções do Motorware Lab 4. O Lab 4 implementa um loop de controle de torque, mas não usa um codificador, e foi por isso que fiquei com o código do Lab 12b . Todas as modificações necessárias podem ser feitas no arquivo proj_lab12b.c.

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A equipe da Universidade do Texas em Dallas (UTD) modificou ainda mais o firmware para implementar perfis de torque e coleta de dados no GUI Composer. Figura 4 mostra a GUI que eles criaram. Ele relata torque, ângulo mecânico, velocidade e uma referência de tempo. Além disso, permite ao usuário selecionar controle de velocidade, controle de torque e perfis de torque.

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4. Essa é a GUI do dinamômetro criada pela equipe de bancada de testes de torque do motor da UTD.4. Essa é a GUI do dinamômetro criada pela equipe de bancada de testes de torque do motor da UTD.

Figuras 5-7 mostre os gráficos dos perfis de torque configuráveis ​​com o torque estimado do motor.

5. Perfil de torque do triângulo.5. Perfil de torque do triângulo.

6. Perfil de torque de onda quadrada.6. Perfil de torque de onda quadrada.

7. Perfil de torque sinusoidal.7. Perfil de torque sinusoidal.

Os estudantes da UTD documentaram seu projeto no Página hackster.io da Universidade de TI. Sua GUI e firmware estão disponíveis lá para reutilização. Figura 8 mostra o sistema dinamômetro final totalmente montado testando um motor de passo.

8. Aqui, o dinamômetro totalmente montado está testando um motor de passo.8. Aqui, o dinamômetro totalmente montado está testando um motor de passo.

Os trilhos de fonte de alimentação dc da placa de driver do motor de passo e o DRV8305 BoosterPack (placa de driver PMSM) são conectados juntos na mesma fonte de alimentação. Isso permite que a energia recircule entre o PMSM e o stepper quando o PMSM entra em sua região de gerador. Caso contrário, a energia do PMSM precisaria ser dissipada de outra maneira, como adicionar uma carga externa.

Conclusão

No final de nossa jornada de oito meses, a equipe do MTTB realmente me impressionou com suas realizações. Todos nós aprendemos uma quantidade incrível sobre diferentes tipos de motores, construção e controle de motores. Pensamos cuidadosamente em muitas preocupações de projeto e agora tenho um excelente dinamômetro para teste de motores.

Para desenvolvimento futuro, gostaria de habilitar uma opção para fazer a interface do dinamômetro com o LabView e adicionar um recurso que me permita conduzir o motor em teste (MUT) para uma condição de estol sem sobrecarregá-lo. Gostaria também de verificar o novo C2000WARE-MOTORCONTROL-SDK, lançado no final do nosso projeto.

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James Lockridge é um engenheiro de sistemas da unidade de acionamentos a motor da TI.

Reconhecimentos

  • Funcionários e alunos da Universidade do Texas em Dallas UTDesign (listados como colaboradores na página Hackster)
  • Chris Clearman, por recomendar o firmware LaunchPad, BoosterPack e InstaSPIN para nos iniciar no desenvolvimento.
  • David Magee, Rajan Narasimha e Stephen Fedigan por nossas discussões sobre projetos de dinamômetros no início do projeto.

Recursos

Acarnley, Paul P. Motores de passo: um guia para teoria e prática. 4a ed., Instituição de Engenharia e Tecnologia, 2007.

Krause, P. Wasynczuk, O. Pekarek, S. Dispositivos de movimento eletromecânico. IEEE. 2012.

“Freios e embreagens de histerese. ” 2nd edição. www.magtrol.com. Novembro de 2011.

“Compreendendo as distinções entre ondulação de torque, torque de engrenagem e detenção”. Documentos Técnicos. Recursos de controle de movimento. www.motioncontrolonline.org. 15 de agosto de 2013.

Akin, B. Bhardwaj, M. Warriner, J. “Controle trapezoidal de motores BLDC usando sensores de efeito Hall”. www.ti.com. Abril de 2011.

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