Czy powinienem zmienić system serwo z silników szczotkowych na bezszczotkowe?

Mam robota, który używa szczotkowanych silników w swoim układzie serwo. Są to silniki Maxon 3W z przekładniami planetarnymi 131: 1. Silniki są kontrolowane przez mikrokontroler PIC, który obsługuje kontroler PID 1kHz. Serwa są przeznaczone do aplikacji z niskim momentem obrotowym i wysokim momentem obrotowym. Między czujnikiem a silnikiem występuje znaczny luz.

Maxon oferuje silniki bezszczotkowe o mocy 12 W, które są tego samego rozmiaru. Są one lepsze na wiele sposobów: podwójny moment obrotowy, lepsze odprowadzanie ciepła, wyższa wydajność.

Problem polega oczywiście na tym, że wymagają one bardziej złożonej elektroniki napędowej. Słyszałem też, że kilka osób wspomniało, że silniki szczotkowane są lepsze do zastosowań serwo, chociaż nigdy nie wyjaśniły, dlaczego.

• Czy ktoś jeszcze wdrożył tego rodzaju system?
• Czy są jakieś problemy przy korzystaniu ze szczotkowanych silników do serw?
• Czy jest możliwe serwo przy niskich prędkościach, jeśli mam tylko 3 zintegrowane cyfrowe czujniki Halla i brak enkodera? (Wolałbym nie dodawać enkodera ze względu na koszty i koszty miejsca)
• Czy tętnienie momentu obrotowego może być problemem?

Silniki szczotkowane są łatwiejsze dla systemów serwo, ale nie są lepsze. Wiele wysokiej klasy systemów serwo jest bezszczotkowych / AC.

Możliwe jest sterowanie silnikami przy niskich prędkościach za pomocą tylko 3 czujników Halla. Naprawdę nie chcesz komutacji trapezowej, szczególnie przy niskich prędkościach, więc możesz dodać enkoder lub oszacować pozycję wirnika, jeśli to konieczne.

Możliwe jest oszacowanie pozycji wirnika za pomocą tylko czujników Halla / prądu, ale jeśli występuje wiele zewnętrznych zakłóceń, nie będzie działać dobrze.

Jest mało prawdopodobne, aby tętnienie momentu obrotowego stanowiło problem, oczywiście zależy to od zastosowania. Bardziej zaawansowane metody komutacji (wektor sinusoidalny lub strumień) zasadniczo eliminują tętnienia momentu obrotowego.

Mówisz, że twoja aplikacja ma niską prędkość, ale używasz również skrzyni biegów 131: 1. Jakie obroty normalnie widzi silnik? To naprawdę nie jest aplikacja o niskiej prędkości, jeśli silnik pracuje przy 30% + znamionowej prędkości obrotowej. Nawet czujniki Halla mają bardzo wysoką rozdzielczość po przejściu tak dużej redukcji, więc może nie być tak naprawdę potrzebne działanie przy niskiej prędkości na samym silniku.

IMHO Biorąc pod uwagę, że twój obecny system ma znaczny luz między czujnikiem a silnikami, nie wyobrażam sobie, aby system bezszczotkowy działałby gorzej nawet w przypadku hal / komutacji trapezoidalnej.

W przemyśle istnieje silna preferencja dla bezobsługowych silników bezszczotkowych zamiast silników szczotkowych o stosunkowo wysokim poziomie konserwacji. Podczas gdy ten pierwszy może być dla mnie droższy pod względem samego silnika i elektroniki napędowej, zmniejszenie długiego kosztu konserwacji zwykle przewyższa dodatkowy koszt inwestycyjny.

Jak sugeruje user65 , możesz potrzebować sinusoidalnej komutacji, aby uniknąć tętnienia momentu obrotowego przy niskich prędkościach, w zależności od tego, jak dokładnie projektujesz swój system i jak dobrze potrzebujesz kontroli prędkości.

Artykuł Analiza porównawcza metod komutacji dla ... zawiera kilka interesujących metod komutacji informacji, które mogą być przydatne.

Ostatecznie jednak uważam, że unikanie używania koderów to fałszywa ekonomia.

W przeciwieństwie do hal mają tę wyraźną zaletę, że nie są związane z obrotem silnika - tj. Nie muszą chodzić na wale silnika. Możesz umieścić je po stronie obciążenia skrzyni biegów, co pozwoli ci określić ilościowo dokładne efekty luzu w skrzyni biegów.

Pozwoliłoby to na wykonanie kompensacji luzu w oprogramowaniu, uruchomienie podwójnych pętli serwo (jedna do śledzenia pozycji z kompensacją luzu, a druga do bardziej natychmiastowej kontroli prędkości) i ogólnie przejęcie znacznie bardziej precyzyjnej kontroli systemu zarówno przy dużych, jak i niskich prędkościach.