محرك BLDC مع Arduino: دليل الأسلاك والتعليمات والتحكم

كيف يتيح ESC لـ Arduino التحكم في محرك BLDC

لا يمكن لـ Arduino تشغيل محرك BLDC ثلاثي المراحل مباشرة - فهو لا يحتوي على السعة الحالية أو منطق التبديل المدمج. تقع هذه المهمة على عاتق ESC (وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة)، التي تقع بين Arduino والمحرك، وتحول إشارة PWM البسيطة إلى مفتاح ثلاثي الطور موقوت والذي يقوم بالفعل بتدوير الدوار.

من وجهة نظر Arduino، يبدو ESC تمامًا مثل أجهزة RC القياسية. ويتوقع نبضًا يتراوح بين 1000 و2000 ميكروثانية تقريبًا، ويتكرر كل 20 مللي ثانية، حيث يتم تعيين عرض النبض لموضع الخانق. لهذا السبب نفس الشيء مكتبة سيرفو يستخدم في خدمات الهواة للتحكم في ESC - لا يتحدث Arduino إلى المحرك على الإطلاق، إنه يتحدث إلى وحدة التحكم الدقيقة الموجودة على متن ESC، والتي تتولى عملية التبديل الفعلية.

توصيل اردوينو بمحرك BLDC عبر ESC

تتصل أسلاك المحرك الثلاثة ذات المقياس الثقيل من محرك BLDC مباشرة إلى مخرجات ESC ثلاثية الطور - لا يهم ترتيب الموصل للاتجاه في هذه المرحلة، نظرًا لأن تبديل أي سلكين يؤدي فقط إلى عكس الدوران. تتصل طاقة المحرك (عادةً بطارية LiPo المطابقة لتصنيف جهد المحرك) بمدخلات ESC، وليس بـ Arduino.

جانب الإشارة أبسط: سلك PWM واحد من طرف Arduino الرقمي إلى دخل إشارة ESC، بالإضافة إلى أرضية مشتركة بين Arduino وESC. تشتمل معظم ESCs على BEC (دائرة إزالة البطارية) على موصل الإشارة هذا، والذي يوفر 5 فولت منظمًا إلى Arduino - مما يعني أن مصدر طاقة منفصل للوحة ليس ضروريًا عادةً طالما أن خرج BEC الخاص بـ ESC مُصنف لسحب Arduino الحالي.

كود اردوينو للتحكم الأساسي في السرعة

مع وجود الأسلاك في مكانها، يكون الرمز نفسه قصيرًا. تتعامل مكتبة Servo مع ESC كمحرك مؤازر، وترسم خرائط السرعة على نفس النطاق 0-180 الذي تستخدمه المكتبة للزاوية:

• قم بتوصيل دبوس إشارة ESC باستخدام ESC.attach(9، 1000، 2000) ، تحديد نطاق عرض النبض بشكل صريح
• اقرأ مقياس الجهد الموجود على دبوس تناظري للتحكم اليدوي في السرعة
• قم بتعيين القراءة التناظرية 0-1023 وصولاً إلى النطاق 0-180 الذي تتوقعه ESC
• اكتب تلك القيمة المعينة باستخدام ESC. الكتابة (السرعة) داخل الحلقة الرئيسية

يعمل هذا النمط لأن تنسيق الإشارة الأساسية مطابق لتنسيق أجهزة الهوايات، كما هو موثق في ملف مرجع مكتبة اردوينو سيرفو وهو ما يوضح توقيت النبض وقيود الدبوس التي تعتمد عليها المكتبة.

تسليح ومعايرة ESC

لن تقوم معظم ESCs بتدوير المحرك مباشرة بعد تشغيل الطاقة - فهي تتوقع تسلسل تسليح أولاً، ويتم تشغيله عادةً عن طريق الضغط على إشارة الخانق على الأقل لمدة ثانية أو ثانيتين بعد بدء التشغيل. يعد تخطي هذه الخطوة هو السبب الأكثر شيوعًا الذي يجعل المحرك يبدأ لفترة وجيزة عند التشغيل ثم يتوقف: ينتظر ESC إشارة صالحة منخفضة الخانق قبل أن يقبل الأوامر.

تحدد المعايرة فهم ESC للحد الأدنى والحد الأقصى لعرض النبضة لمطابقة ما يرسله Arduino بالفعل. قم بتشغيل ESC باستخدام إشارة الخانق عند الحد الأقصى بالفعل، وانتظر أصوات التنبيه، ثم انزل إلى الحد الأدنى وانتظر مرة أخرى - وهذا يعلم ESC نقاط النهاية الدقيقة التي ينتجها الكود الخاص بك، بدلاً من الاعتماد على إعدادات المصنع الافتراضية التي قد لا تتطابق مع النطاق المعين لمقياس الجهد الخاص بك.

Sensored مقابل Sensorless BLDC: لماذا يغير إعداد Arduino الخاص بك

يفترض كل شيء أعلاه وجود محرك BLDC بدون مستشعر مقترنًا بوحدة ESC جاهزة للاستخدام - وهو الإعداد الأكثر شيوعًا للهواة، والسبب في أن معظم البرامج التعليمية تتخلف عنه. يكتشف ESC موضع الدوار من EMF الخلفي المتولد في الطور غير المزود بالطاقة، والذي يعمل بشكل جيد بمجرد دوران المحرك ولكنه يعني أن المحرك يحتاج إلى منحدر بدء تشغيل قصير مفتوح قبل أن يتمكن ESC من القفل على توقيت BEMF.

يضيف محرك BLDC المستشعر ثلاثة مستشعرات لتأثير هول والتي تبلغ عن موضع الدوار مباشرة، حتى عند صفر دورة في الدقيقة. يؤدي ذلك إلى التخلص من منحدر بدء التشغيل ويوفر تحكمًا أكثر سلاسة في السرعة المنخفضة، ولكنه يعني أيضًا أن ESC أو وحدة التحكم يجب أن تحتوي على مدخلات مستشعر Hall - لا يحتوي ESC العادي بدون مستشعر على أسلاك لها على الإطلاق. إذا كان المشروع يحتاج إلى عزم دوران دقيق منخفض السرعة أو عمليات تشغيل وتوقف متكررة، فإن توفير محرك مستشعر ووحدة تحكم متوافقة مع Hall منذ البداية يتجنب إعادة صياغة إعداد التحكم لاحقًا.

من نموذج Arduino الأولي إلى التحكم في المحركات على مستوى الإنتاج

يعد ESC المبني على PWM الأداة المناسبة لإثبات المفهوم - فهو رخيص الثمن وموثق جيدًا ولا يحتاج إلى برامج تكوين. ولكن لها أيضًا حدود حقيقية: عدم وجود ردود فعل حالية على Arduino، والحد الأدنى من منطق الحماية، ودقة التحكم المرتبطة بنافذة نبضية تبلغ 1000-2000 ميكروثانية والتي لا تتسع بشكل جيد بمجرد التحكم في عزم الدوران، أو تنظيم سرعة الحلقة المغلقة، أو الإبلاغ عن الأخطاء.

عندما ينتقل المشروع إلى ما هو أبعد من النماذج الأولية نحو منتج ميداني، فإن الخطوة التالية المعتادة هي وحدة تحكم تتواصل عبر ناقل رقمي بدلاً من خط PWM واحد. واجهة تصحيح أخطاء UART-TTL المستخدمة لتكوين وحدات التحكم في محرك الإنتاج يلعب هنا دورًا مشابهًا لشاشة Arduino التسلسلية - فهو يتيح لك قراءة المعلمات وضبط السلوك مباشرة بدلاً من التخمين من عرض النبض وحده.

بالنسبة للفرق التي تتفوق على هواية ESCs، نقطة دخول إلى وحدات التحكم في محرك BLDC القابلة للبرمجة من APT يقدم نوعًا من التحديد والتشخيص الحالي القابل للتكوين الذي لا يعرضه ESC الأساسي ببساطة. التطبيقات التي تحتاج إلى استجابة أكثر صرامة - أذرع الروبوتات، والآليات المشغلة، وأي شيء ذو حمل سريع التغير - يتم تقديمها بشكل أفضل من خلال وحدة تحكم BLDC سريعة الاستجابة مصممة لتطبيقات الحلقة المغلقة في الوقت الفعلي بدلاً من هواية الحلقة المفتوحة ESC.

نظرًا لأن مواصفات وحدة التحكم والمحرك تحتاج إلى التوافق مع توافق الجهد والتيار ومستشعر Hall، فإن الأمر يستحق المراجعة إرشادات إقران وحدة التحكم والمحرك لمطابقة إلكترونيات المحرك مع مواصفات المحرك قبل الالتزام بالأجهزة لتشغيل الإنتاج. كما أنه يستحق التفاهم كيف تعيد طبقات البرمجيات تشكيل التحكم الحركي الحديث ، نظرًا لأن ضبط مستوى البرامج الثابتة هو ما يفصل بشكل متزايد بين وحدة تحكم الإنتاج الجيدة ووحدة التحكم الملائمة فقط.