Motor BLDC dengan Arduino: Panduan Pendawaian, Kod & Kawalan

Bagaimana ESC Membenarkan Arduino Mengawal Motor BLDC

Arduino tidak boleh memacu tiga fasa motor BLDC secara langsung — ia tidak mempunyai kapasiti semasa atau logik pertukaran terbina dalam. Tugas itu jatuh kepada ESC (Pengawal Kelajuan Elektronik), yang terletak di antara Arduino dan motor, menukar isyarat PWM ringkas kepada pensuisan tiga fasa bermasa yang sebenarnya memutarkan rotor.

Dari perspektif Arduino, ESC kelihatan sama seperti servo RC standard. Ia menjangkakan denyutan antara kira-kira 1000 dan 2000 mikrosaat, berulang setiap 20 milisaat, di mana lebar nadi memetakan kedudukan pendikit. Sebab itu sama Perpustakaan servo digunakan untuk servos hobi berfungsi untuk kawalan ESC — Arduino tidak bercakap dengan motor sama sekali, ia bercakap dengan mikropengawal onboard ESC, yang mengendalikan pertukaran sebenar.

Pendawaian Arduino ke Motor BLDC melalui ESC

Tiga wayar motor tolok berat bersambung dari motor BLDC terus ke output tiga fasa ESC — susunan penyambung tidak penting untuk arah pada peringkat ini, kerana menukar mana-mana dua wayar hanya membalikkan putaran. Kuasa motor (biasanya bateri LiPo dipadankan dengan penarafan voltan motor) disambungkan ke petunjuk input ESC, bukan ke Arduino.

Bahagian isyarat adalah lebih mudah: wayar PWM tunggal dari pin digital Arduino ke input isyarat ESC, ditambah tanah yang dikongsi antara Arduino dan ESC. Kebanyakan ESC termasuk BEC (Litar Penyingkiran Bateri) pada penyambung isyarat itu, yang membekalkan 5V terkawal kembali ke Arduino - bermakna bekalan kuasa berasingan untuk papan biasanya tidak diperlukan selagi output BEC ESC dinilai untuk cabutan semasa Arduino.

Kod Arduino untuk Kawalan Kelajuan Asas

Dengan pendawaian di tempat, kod itu sendiri pendek. Pustaka Servo memperlakukan ESC seperti motor servo, dan memetakan kelajuan ke julat 0-180 yang sama yang digunakan perpustakaan untuk sudut:

• Pasang pin isyarat ESC menggunakan ESC.attach(9, 1000, 2000) , menetapkan julat lebar nadi secara eksplisit
• Baca potensiometer pada pin analog untuk kawalan kelajuan manual
• Petakan bacaan analog 0-1023 ke julat 0-180 yang dijangkakan oleh ESC
• Tulis nilai yang dipetakan itu dengan ESC.write(kelajuan) di dalam gelung utama

Corak ini berfungsi kerana format isyarat asas adalah sama dengan servo hobi, seperti yang didokumenkan dalam Rujukan perpustakaan Arduino Servo , yang menerangkan pemasaan nadi dan sekatan pin yang bergantung kepada perpustakaan.

Mempersenjatai dan Menentukur ESC

Kebanyakan ESC tidak akan memutar motor serta-merta selepas dikuasakan — mereka menjangkakan urutan mempersenjatai terlebih dahulu, biasanya dicetuskan dengan menahan isyarat pendikit sekurang-kurangnya selama satu atau dua saat selepas permulaan. Melangkau langkah ini ialah sebab paling biasa motor kelihatan mula dihidupkan sebentar semasa dihidupkan dan kemudian berhenti: ESC sedang menunggu isyarat pendikit rendah yang sah sebelum ia menerima arahan.

Penentukuran menetapkan pemahaman ESC tentang lebar nadi minimum dan maksimum untuk memadankan apa yang sebenarnya dihantar oleh Arduino. Kuasa ESC dengan isyarat pendikit sudah pada tahap maksimum, tunggu pengesahan berbunyi, kemudian turunkan ke minimum dan tunggu lagi — ini mengajar ESC titik akhir yang tepat yang dihasilkan oleh kod anda, dan bukannya bergantung pada lalai kilang yang mungkin tidak sepadan dengan julat dipetakan potensiometer anda.

Sensored vs Sensorless BLDC: Mengapa Ia Mengubah Persediaan Arduino Anda

Segala-galanya di atas menganggap motor BLDC tanpa sensor dipasangkan dengan ESC luar rak — persediaan penggemar yang paling biasa, dan sebab kebanyakan tutorial lalai kepadanya. ESC mengesan kedudukan rotor dari belakang-EMF yang dijana dalam fasa tidak berkuasa, yang berfungsi dengan baik sebaik sahaja motor berputar tetapi bermakna motor memerlukan tanjakan permulaan gelung terbuka ringkas sebelum ESC boleh dikunci pada pemasaan BEMF.

Motor BLDC penderia menambah tiga penderia Hall-effect yang melaporkan kedudukan rotor secara langsung, walaupun pada RPM sifar. Itu menghapuskan tanjakan permulaan dan memberikan kawalan kelajuan rendah yang lebih lancar, tetapi ini juga bermakna ESC atau pengawal mesti mempunyai input penderia Hall - ESC tanpa sensor biasa tidak mempunyai pendawaian untuk mereka sama sekali. Jika projek memerlukan tork berkelajuan rendah yang tepat atau mula dan berhenti kerap, mendapatkan motor penderia dan pengawal serasi Hall dari awal mengelakkan kerja semula tetapan kawalan kemudian.

Daripada Prototaip Arduino kepada Kawalan Motor Gred Pengeluaran

ESC dipacu PWM ialah alat yang tepat untuk membuktikan konsep — ia murah, didokumentasikan dengan baik dan tidak memerlukan perisian konfigurasi. Tetapi ia juga mempunyai had sebenar: tiada maklum balas semasa kepada Arduino, logik perlindungan minimum, dan resolusi kawalan yang terikat pada tetingkap nadi 1000-2000 mikrosaat yang tidak berskala dengan baik apabila kawalan tork, peraturan kelajuan gelung tertutup, atau pelaporan kerosakan menjadi keperluan.

Apabila projek bergerak melepasi prototaip ke arah produk yang diletakkan, langkah seterusnya yang biasa ialah pengawal yang berkomunikasi melalui bas digital dan bukannya satu talian PWM. antara muka penyahpepijatan UART-TTL yang digunakan untuk mengkonfigurasi pengawal motor pengeluaran memainkan peranan di sini serupa dengan monitor bersiri Arduino — ia membolehkan anda membaca parameter dan menala tingkah laku secara langsung daripada meneka dari lebar nadi sahaja.

Untuk pasukan ESC hobi yang semakin berkembang, titik masuk ke dalam pengawal motor BLDC boleh diprogramkan bas APT menawarkan jenis pengehadan semasa dan diagnostik yang boleh dikonfigurasikan yang tidak didedahkan oleh ESC asas. Aplikasi yang memerlukan tindak balas yang lebih ketat — lengan robotik, mekanisme yang digerakkan, apa-apa sahaja dengan beban yang cepat berubah — lebih baik dilayan oleh pengawal BLDC tindak balas pantas yang dibina untuk aplikasi gelung tertutup masa nyata bukannya ESC hobi gelung terbuka.

Memandangkan spesifikasi pengawal dan motor perlu diselaraskan pada voltan, arus dan keserasian penderia Hall, ia patut disemak pengawal dan panduan berpasangan motor untuk memadankan elektronik pemacu dengan spesifikasi motor sebelum memberi komitmen kepada perkakasan untuk pengeluaran. Ia juga patut difahami bagaimana lapisan perisian membentuk semula kawalan motor moden , memandangkan penalaan peringkat perisian tegar semakin menjadi yang memisahkan pengawal pengeluaran yang baik daripada pengawal yang mencukupi.