Drehzahlregelung über negative Rückkopplung

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Autor
Drehzahlregelung über negative Rückkopplung

    







BID = 855131

Papa_2005

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Beiträge: 27
 

  


Hallo miteinander,

ich bin gerade dabei, aus einer alten Waschmaschine eine Töpferscheibe zu bauen (siehe Bild). Drehzahlen bräuchte ich dafür bis ca. 300 Umdrehungen.

Der Motor wird über eine Phasenanschnittsteuerung in der Drehzahl gesteuert (Kemo M028N). Um das Ganze vom Netz zu trennen, wird diese wieder über ein Kemo M150-Modul geregelt (Optokoppler).

Leider bleibt die Drehzahl nicht ausreichend konstant unter Last.
Man muß ständig nachregeln.

Deshalb hatte ich vor, den motoreigenen Tachogenerator für eine negative Rückkopplung zu nutzen. Simpel gesagt: Je weniger Spannung der Generator liefert, desto mehr Spannung bekommt das M150. Noch zwei Potis mit rein: Eines für die Drehzahlvorgabe und eines für die Regelempfindlichkeit der Rückkopplung. Dann noch ein Fußpedal für die Drehzahlregelung von 0 bis zur Drehzahlbegrenzung durch das Poti.

Gedacht war eine Subtraktionsschaltung über einen Operationsverstärker.
Eine 12V-Gleichstromquelle habe ich sowieso an Bord, da das Fußpedal diese benötigt als Betriebsspannung. Diese hätte ich gerne für die Stromversorgung des OP-AMPs genutzt und außerdem noch als Vergleichsspannung. Die Tachogeneratorspannung wird natürlich vorher über einen Gleichrichter geschickt (Schaltbild siehe Anhang).

Soweit die Theorie. In der Praxis funktioniert's allerdings nicht so einfach - Mit einem UA741 hab ich's genauso probiert wie mit einem LF442 CN. Leider produziere ich nur Zufallsgeneratoren ...

Derzeit habe ich jetzt die ganzen Spannungsteiler weggelassen, +12 V am OP-AMP +Eingang, +Tachogenerator (gleichgerichtet) am OP-AMP -Eingang, den Ausgang drossel ich über das Fußpedal. Angeschlossen dann am 6-24 Volt-Eingang vom M150. So funktioniert's zwar ohne Rumzuspinnen, die Maximaldrehzahl paßt in etwa und man kann damit arbeiten, aber die Regelempfindlichkeit sollte besser sein.

Jetzt komme ich zu meinen Fragen:
Ist mein Gedankengang soweit richtig?
Gibt es eine einfachere Lösung (preislich vertretbar)?
Welchen OP-AMP könnt Ihr dafür empfehlen?
Welche Widerstände wären praktikabel (R1-R4 sowie P1 und P2)?

Viele Grüße und schon mal im Voraus vielen Dank,
Achim

P.S.: Edit wegen Satzbaufehler
Außerdem vergessen zu erwähnen:
Der Tachogenerator liefert in meinem gewünschten Drehzahlbereich 0-ca. 5 V Wechselstrom.






[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 30 Okt 2012 17:50 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 30 Okt 2012 17:56 ]

BID = 855159

Otiffany

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Beiträge: 13761
Wohnort: 37081 Göttingen

 

  

Früher hat man das mit dem IC TCA280A gemacht; aber leider ist der nicht mehr so leicht zu bekommen.


Gruß
Peter


http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/700/499173_DS.pdf

BID = 855175

Offroad GTI

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Wohnort: Cottbus


Zitat :
Ist mein Gedankengang soweit richtig?
Ja, im Grunde schon.
Die Schaltung ließe sich aber noch etwas vereinfachen, nämlich zu einem PI-Regler


Zitat :
Welchen OP-AMP könnt Ihr dafür empfehlen?
Spielt keine große Rolle.

Das Problem wird wohl beim gleichgerichteten Signal vom Drehzahlgeber liegen. Dann erhälst du nämlich eine pulsierende Gleichspannung, welche der OPV versucht nachzuregeln. Das kann nicht klappen. Du brauchst wirklich eine Gleichspannung, musst das Signal also noch entsprechend aufbereiten (mit einem Tiefpass 1. oder bei Bedarf auch 2. Ordnung).




_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 855182

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27

Hallo Peter,

danke für die Antwort.

Beim googlen hab ich den jetzt auf die Schnelle nicht im Handel gefunden...

Gibt's auch noch ne andere Lösung (oder eine Bezugsquelle)?

Wobei - wenn ich mir das Datenblatt so ansehe - geht das ja auch über einen Differenzverstärker, oder? Also schon das Grundprinzip, wie ich es gedacht mir hab...

Müßte dann doch auch mit einem "einfachen" OP-Verstärker gehen, oder?

Viele Grüße,
Achim

BID = 855188

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27

Hallo Offroad GTI,

auch Dir danke.


Zitat :
Offroad GTI hat am 30 Okt 2012 20:27 geschrieben :

Ja, im Grunde schon.
Die Schaltung ließe sich aber noch etwas vereinfachen, nämlich zu einem PI-Regler


Ok. Beruhigend, dass mein Verstand mich nicht ganz im Stich gelassen hat... Seh ich es richtig, dass da noch ein Kondensator bei der Rückkopplung vom Ausgang zum Minuseingang in Reihe drin hängt...?


Zitat :
Spielt keine große Rolle.

Das Problem wird wohl beim gleichgerichteten Signal vom Drehzahlgeber liegen. Dann erhälst du nämlich eine pulsierende Gleichspannung, welche der OPV versucht nachzuregeln. Das kann nicht klappen. Du brauchst wirklich eine Gleichspannung, musst das Signal also noch entsprechend aufbereiten (mit einem Tiefpass 1. oder bei Bedarf auch 2. Ordnung).


Das hab ich mir auch schon überlegt, ob es davon kommen könnte...
Hab leider mit OP-AMPs noch nicht so viel Erfahrung bisher, um das beurteilen zu können, ob das was zu sagen hat.

Evtl. könnte es natürlich auch noch sein, dass das 12V-Netzteil pulsiert...

Allerdings hat es mich irritiert, dass der UA741 ohne die ganzen Spannungsteiler mit der Geschichte klar kommt. Von dem her habe ich diese Möglichkeit eher ausgeschlossen...

Deshalb bin ich eher davon ausgegangen, dass der OP mit der Schaltung nicht klar kommt.

Du meinst also ein RC-Glied?
Was nimmt man da für Werte, um sowas vernünftig zu glätten?
Stromfluß ist ja gering...
Die Pulsweite wird vermutlich von der Drehzahl abhängen...

Viele Grüße,
Achim


[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 30 Okt 2012 20:55 ]

BID = 855196

Offroad GTI

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Zitat :
Du meinst also ein RC-Glied?
Genau.

Zitat :
Was nimmt man da für Werte, um sowas vernünftig zu glätten?
Das hängt von zwei Faktoren ab.
1. Restwelligkeit des Ausgangssignals
2. Reaktionszeit

Wenn du die Zeitkonstante sehr groß wählst, ist die Restwelligkeit sehr gering, aber die Reaktionsszeit groß. Wählst du die Zeitkonstante kleiner, ist die Restwelligkeit etwas größer, die Reaktionsszeit dafür gering.

Kommt drauf an, wie das Ausgangssignal des Tachogenerators aussieht.



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 855201

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27


Zitat :
Offroad GTI hat am 30 Okt 2012 21:03 geschrieben :

Kommt drauf an, wie das Ausgangssignal des Tachogenerators aussieht.


Das ist eine gute Frage .
Leider steht mir kein Oszilloskop zur Verfügung.

Die Zeitkonstante ist ja R*C.
Also: Großer Widerstand und großer Kondensator ergibt eine stabile Spannung, aber eine träge Reaktion, richtig?

Das heißt, man müßte sich sozusagen von oben rantasten. Erstmal relativ große Werte versuchen und immer mehr verringern, bis man die Grenze erreicht...

Welche Größenordnung für R und C würdest Du im konkreten Fall denn vorschlagen als "Ausgangsbasis" für Versuche? Eher großes R und kleines C oder umgekehrt? Wobei das R ja auch wieder meine Spannung, die ich hinterher hab, beeinflußt, oder?

Und - um nochmal darauf zurück zu kommen - es müßte mit jedem OP-AMP gehen? Muß der nicht single-supply-fähig sein oder sonstwas? Oder ein spezieller Typ, der sich besonders dafür eignet?

Und wie sieht das nochmal aus mit dem Kondensator im PI-Regler... Wie groß wählt man den i.d.R. ?

Sorry für die vielen Fragen , bin halt blutiger Laie - aber lernwillig


[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 30 Okt 2012 21:45 ]

BID = 855204

Otiffany

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Beiträge: 13761
Wohnort: 37081 Göttingen

Hier würdest Du den TCA280A bekommen:

http://www.ebay.de/sch/i.html?_trks.....m=R40

Gruß
Peter

BID = 855208

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27

Ey, cool .

Danke! Geht sogar vom Preis her...

In China gibt's die Dinger noch...

Wobei ich jetzt erst mal versuchen werde, mit meinem OPV das hinzukriegen, denke ich - schon aus persönlicher Neugier, woran das jetzt hängt . Aber das Angebot hab ich mir mal gespeichert.

Ich mag es nicht, wenn ein Plan nicht funktioniert .

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 30 Okt 2012 22:13 ]

BID = 855224

Offroad GTI

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Beiträge: 12710
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Leider steht mir kein Oszilloskop zur Verfügung.
Hast du ein DMM, welches Frequenzen messen kann. Das wäre schon mal ein Anfang.

Oder: Du schaust mal, ob du dem Tachogenerator einzelne Impulse entlocken kannst, wenn du die Welle langsam per Hand drehst.


Zitat :
Die Zeitkonstante ist ja R*C
So ist es.


Zitat :
Welche Größenordnung für R und C würdest Du im konkreten Fall denn vorschlagen als "Ausgangsbasis"
Ich würde mit 1kΩ und 10µF anfangen. Und das Ganze am besten gleich als Tiefpass 2.Ordnung. Weil du dann trotz relativ kleiner Einzel-Zeitkonstanten sowohl eine geringe Restwelligkeit, als auch eine schnelle Reaktionszeit erhältst.
Hier ein kleines Beispiel (welches (hoffentlich) für sich selbst spricht):
Eingangsfrequenz=1kHz. Es wird in beiden Fällen etwa die gleiche Restwelligkeit erreicht.



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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 30 Okt 2012 23:06 ]

BID = 855227

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27


Zitat :
Offroad GTI hat am 30 Okt 2012 22:55 geschrieben :

Hast du ein DMM, welches Frequenzen messen kann. Das wäre schon mal ein Anfang.

Oder: Du schaust mal, ob du dem Tachogenerator einzelne Impulse entlocken kannst, wenn du die Welle langsam per Hand drehst.

Leider nein. Einzelne Impulse entlocken muß ich mal sehen.
Oder eben doch die Ausprobier-Variante.


Zitat :
Ich würde mit 1kΩ und 10µF anfangen. Und das Ganze am besten gleich als Tiefpass 2.Ordnung. Weil du dann trotz relativ kleiner Einzel-Zeitkonstanten sowohl eine geringe Restwelligkeit, als auch eine schnelle Reaktionszeit erhältst.
Hier ein kleines Beispiel (welches (hoffentlich) für sich selbst spricht):
Eingangsfrequenz=1kHz. Es wird in beiden Fällen etwa die gleiche Restwelligkeit erreicht.

Beispiel hab ich verstanden. Danke.

Sollte ich dann die Rückkopplung vom Ua zum Minuseingang auch noch mit einem Kondensator versehen? Oder ist das nicht notwendig?

BID = 855254

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27

Ok... Hab mich inzwischen etwas belesen und habe eine (für mich) relativ verständliche Erklärung über P, PI, PD und PID-Regler gefunden...

Damit hat sich meine letzte Frage vorerst mal erledigt (Ich steig zwar noch nicht 100%ig durch, aber das muß sich jetzt erst mal alles setzen).

Ich denke, ich werde zuerst mal einen P-Regler mit zwei Widerständen aufbauen und damit ausprobieren, wie ich den Tiefpass am Besten hinkriege. Das ist jetzt mal das Wichtigste.

Wenn das paßt, kann ich eine neue Baustelle aufmachen und mich an den PI-Regler wagen... Ich meld mich dann wieder, wenn es weitergeht. Im Idealfall mit einer Erfolgsmeldung . Kann allerdings etwas dauern - Zeit ist manchmal etwas rar gesät.

Dankeschön schon mal für die viele Geduld mit mir ...

Viele Grüße,
Achim



[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 31 Okt 2012  8:52 ]

BID = 855257

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12710
Wohnort: Cottbus


Zitat :
werde zuerst mal einen P-Regler mit zwei Widerständen aufbauen
P-Regler weisen aber immer eine gewisse Regeldifferenz auf. Zugegen, es ist jetzt nicht so dramatisch, weil du ja keine Absolutwertregelung willst...


Zitat :
wie ich den Tiefpass am Besten hinkriege
Dazu wäre noch zu erwähnen, dass dies nur funktioniert, wenn ein Signal mit veränderlicher Amplitude/Tastweite vorliegt.
Wenn ich es mir recht überlege, wird sich bei dem Tachogenerator aber nur die Frequenz ändern, und nicht die Tastweite
Aber auch dafür gibt es eine Lösung und sie nennt sich LM2907, dies ist ein f-U-Wandler.




_________________
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BID = 855261

Papa_2005

Neu hier



Beiträge: 27


Zitat :
Offroad GTI hat am 31 Okt 2012 09:08 geschrieben :

P-Regler weisen aber immer eine gewisse Regeldifferenz auf. Zugegen, es ist jetzt nicht so dramatisch, weil du ja keine Absolutwertregelung willst...


Ich meinte ja auch nur zum Ausprobieren. Wenn ich das Tachosignal mal glatt habe, können wir weitermachen mit dem Regler...


Zitat :
Dazu wäre noch zu erwähnen, dass dies nur funktioniert, wenn ein Signal mit veränderlicher Amplitude/Tastweite vorliegt.
Wenn ich es mir recht überlege, wird sich bei dem Tachogenerator aber nur die Frequenz ändern, und nicht die Tastweite
Aber auch dafür gibt es eine Lösung und sie nennt sich LM2907, dies ist ein f-U-Wandler.


Hmmm... Ist mir jetzt nicht ganz klar...

Also es ändert sich auf jeden Fall die Spannung, die mein Tachogenerator liefert. Die geht beim Wechselstrom von 0 bis gut 15 V bei Schleuderdrehzahl - ich würde mal sagen in etwa linear. In meinem benötigten Drehzahlbereich schwankt die zwischen 0 und vielleicht 6 Volt oder so.

Die Frequenz wird sich vermutlich schon ändern, aber die Spannung (und damit die Amplitude) schon auch... Dann müßte das mit dem Tiefpass doch funktionieren, oder...?

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Papa_2005 am 31 Okt 2012  9:27 ]

BID = 855273

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Was für eine Art Motor ist das eigentlich?
Kurzschlußläufer oder sog "Universalmotor"?
So einen Motor mit Kollektor hab ich mal
überarbeitet (den Kollektor) und mir den
Rest staunend betrachtet.
Der Tachogenerator war ein kleines Chipchen,
ich denke ein Hallgenerator oder induktiver
Geber.
Der dürfte pro Umdrehung einen Impuls liefern,
und die Impulsfrequenz ist das was man auswertet,
nicht die Spannung.
Das kann nat. bei dir ganz anders aussehen,
und deswegen wäre Angabe des Fabrikats und/oder
Bilder vom Motor wesentlich.




[ Diese Nachricht wurde geändert von: GeorgS am 31 Okt 2012 11:42 ]


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