Controllo Posizione Motore Bldc

[eins]

Qualcuno potrebbe cortesemente dirmi se sono nella sezione giusta per chiedere aiuto nel progettare un controllo di posizione di un motore brushless?

In un impianto idraulico (acqua) universitario di prova ho un problema (per me grande) e un budget risicato (temo che sia un problema comune, ma non posso farci niente). In una tubatura da 80 mm devo azionare una valvola a farfalla o a sfera (da 2" o 4") che quindi deve ruotare di 90°, per aprire o chiudere (completammente o parzialmente) la tubatura. Il probelma è che da tutto aperto a tutto chiuso (o viceversa) devo poterla azionare in massimo 100 ms, a partire da un comando esterno sotto forma di bit di una porta di controllo che vanno alti o bassi. Per ottenere una tale dinamica penso che mi occorra un brushless, da qui la richiesta del titolo. Ho sentito alcuni fornitori standard e i prezzi, mi sono sembrati fuori della nostra portata. Le soluzioni poi, pur nella mia non approfondita conoscenza della materia, mi sono sembrate un po' troppo complesse. Riassumo rapidamente: per fare 90° in un decmo di secondo serve una velocità media di 150 rpm, il che sognifica una velocità di punta, se si parte da fermi e si accelera uniformemente, di 300 rpm. Il che suggerirebbe di interporre un riduttore 1:10 per poter usare i più diffusi motori da 3000 rpm, aumentando la coppia. In una applicazione analoga (non fatta da me) era stato usato un motore da 3Nm. Ora però il venditore mi fa osservare che per l'uso che voglio fare io dovrei comprare un motore più azionamento con encoder assoluto muitigiro (molto costoso), visto che con la riduzione detta sopra servono 2,5 giri motore per muovere la valvola di un quarto di giro. Al che mi domando se non sia meglio usare un motore con più coppia e un riduttore 1:4 per poter usare un encoder assoluto monogiro montato sul motore, oppure un sempre un riduttore 1:10 ma con un encoder direttamente calettato sull'albero lento del riduttore, cioè direttamente sull'albero della valvola, col che un monogiro avanza alla grande, anzi di un 10 bit mi basterebbe leggere solo gli ultimi 8 bit. Qualcuno sa darmi qualche consiglio su come mi converrebbe procedere? Ed in particolare, quanto sarebbe complesso cercare un motore con controllo in posizione ed interfacciarmi direttamente ad un encoder assoluto sull'albero lento del tiduttore, eventualmente con un microprocessore nel mezzo? (non so usare i micro, ma se serve ci provo lo stesso!).

Mi scuso della prolissità e ringrazio tutti in anticipo per qualunque suggerimento.

[Livio Orsini]

Un bel motore in cc con azionamento chopper ti costerebbe molto meno. Se poi la precisione richiesta, che mi sembra intuire, non è assoluta ti bastan 4 (2) limit switches per effettuare il posizionamento, risparmiando così anche l'encoder.

Puoi scegliere un fornitore nazionale per l'elettronica (SCS, SBC, altri) che ti può anche fornire/consigliare il motore.

[eins]

Ciao Livio, grazie della pronta risposta. Mi ero orientato verso i motori BL per la loro dinamica, mi serve di ruotare la valvola di 90° in 0,1 secondi massimo. Un motore CC può farcela? Dici bene sulla precisione di posizionamento, sia la posizione tutto aperto, che quella tutto chiuso possono ammettere anche un grado e più di incertezza. Con i finecorsa però perderei la possibilità di arresti intermedi, ma in un primo momento potrebbe andarmi bene lo stesso. Ma bastano dei finecorsa per arretare di colpo un motore CC? la valvola deve fermarsi molto molto bruscamente, il fine di tutto l'esperimento è proprio creare il colpo di ariete sulle tubature per studiare poi come si propagano le onde di pressione, quindi è necessario un arresto rapido e sicuro, anche se non è fondamentale la precisione del punto di arresto, visto che sia la sfera che la farfalla chiudono ermeticamente in un range di qualche grado. Un ulteriore problema è che mi mancano tutte le caratterizzazioni del sistema, coppie resistenti ecc, posso solo riferirmi ad una simile implementazione che usava un motore da un po' più di un cavallo.

Comunque hai ragione tu, è di fatto un posizionatore fra due punti. Valuto il CC? Hai qualche fornitore da segnalarmi? Grazie per l'aiuto.

[Livio Orsini]

Un motore in cc a magneti permanenti pilotato da un buon driver chopper non ha niente da invidiare ad un brushless, anzi spesso è più performante. La moda dei brushless è nata un po' perchè son più robusti e molto anche per questioni di....marketing.

Costruttori di driver per motori inn cc ce ne sono ancora, te ne ho indicati due a cui puoi aggiungere anche SIEI; il costruttore del driver in genere ti può fornire anche il motore adatto e tutte le indicazioni del caso. Sono italiani e non hai problemi di lingua, call center ed altre menate simili tipiche delle grandi aziende multinazionali.

Il controllo che vuoi fare è semplicissimo.

Verifichi su quale posizione è ferma l'asse e dai il riferimento adatto, come segno, affinchè si muova nella direzione dell'altro fine corsa. Dai un riferimento a gradino di 10 V. Arrivato all'altro fine corsa porti il riferimento a zero, sempre a gradino. Ti bastano due relè con scambuo NC-NO pilotati dai due fine corsa. Puoi anticipare un poco la posizione dei fine corsa in modo da far coincidere l'arresto con la posizione voluta.

Motore cc, magneti permanenti da 2000 rpm (3000 rpm) e riduttore appropriato. Soluzione compatta, economica e molto più performante.

Tieni presente che se il driver ha la funzione per creare il limite di corrente in funzione della velocità il motore a magneti permanenti può erogare anche 8 volte la coppia nominale da fermo sino ad una certa velocità, poi scende con legge parabolica siono alla coppia nominale.

Questo ti permette accelerazioni violentissime.