Borstlösa Gimbal med Arduino (1 / 4 steg)
Steg 1: Borstlös motorstyrning (del 1 - begrepp och teori)
Borstlösa DC-motorer är idealiska för detta projekt eftersom de är effektiv, noggrann och har gott om vridmoment; Tricket är faktiskt kontrollera dem. Den vanligaste hobby är att köpa programmerbara elektroniska Hastighetsregulatorer som kan ta gas ingångar och konvertera det till rotationshastighet i den borstlösa motorer. Dock kan dessa kostar $20 för de billigaste, så vi beslutade att spara kostnader och lista ut hur att kontrollera motorerna utan dem.
Till skillnad från borstad DC-motorer, som fungerar genom att helt enkelt vända strömmen i öglor av kabeln i ett permanent magnetfält via en Kommutator, har borstlösa motorer ingen fysisk anslutning mellan wire spolarna på statorn och rotorn. Den vanligaste borstlösa motorer är kända som tre fas borstlösa motorer. Detta innebär att de har tre olika uppsättningar av spolar, ofta märkta A, B och C. kring dessa är permanenta magneter med alternerande riktlinjer.
Våra motorer har tolv spolar eller elektromagneter (3 uppsättningar av 4) och fjorton permanenta magneter på rotorn. Tanken är att vi ändrar våra elektromagneter polaritet i en cykel och de permanent magneterna följer det förändrade magnetfältet. I den enklaste formen, vi har tre elektromagneter (A, B och C) och rotorn är bara en enda NS permanentmagnet. Om vi har spole en skapar ett magnetiskt sätter in norr och spole B skapa en södra fältet och spolen C off, blir magneten för att anpassa sig så nära som möjligt till den genererade magnetiska. Vi kan sedan rotera polariteter av våra elektromagneter av en position (A off, B Nord, och C syd) och magneten kommer att följa. På detta sätt, vi har en uppsättning kommutering faser som när vi kör dem i ordning för rotorn att vända, och vi kan vända denna cykel att köra den i motsatt riktning.
Titta på dessa två filmer för en ren och klar förklaring med diagram.
Vi gjorde en del efterforskningar och fann att skicka sinustoner som är 120 grader ur fas genom tre uppsättningar av elektromagneter, kan vi skapa en dynamisk magnetfält som driver motor rotation. Att införa en sinusformad signal jämnar ut förslaget om motorn betydligt genom att ändra polariteten av elektromagneter gradvis. Denna webbplats var mycket användbar i ta det teorin och göra det till Arduino programvara. Tricken till detta tillvägagångssätt med vår PWM-signal från vår Arduino genom en H bro att tillåta negativ polaritet av en av spolarna eftersom PWM signaler endast utgång hög (1) och låg (0).
En av de största utmaningarna för borstlösa motorer är att ordentligt kontrollera dem när du behöver information om där rotorn är statorn spolarna. På så sätt registeransvarige vet exakt var i den förvandling cykel att börja eller att hoppa till. Vi hoppades att accelerometern kan komma att ge denna feedback, som verkade fungera med måttlig framgång. Mer sofistikerade metoder inkluderar fästa Halleffekten sensorer för att upptäcka placera av rotoren eller ens använda "tillbaka emf" studeras i spolarna.