Открытый контроллер BLDC

[amaora]

Делаю уже несколько лет векторный контроллер BLDC. Исходная цель была в контроллере ВМГ для коптеров но сейчас появился интерес и к легкому электротранспорту. Плата получается компромиссной и подходящей под разные задачи.



Основные аппаратные параметры (rev5a).

• Размеры: 82мм x 55 мм x 35мм.
• Вес: 40 г (платы) или ~400 г (с проводами и радиатором).
• Напряжение питания от 5в до 50в.
• Фазный ток до 120А (IPT007N06N, 60в, ~0.75 мОм).
• Частота ШИМ: от 20 кГц до 60 кГц.
• Датчики на плате:
  - два шунта (0.5 мОм) с усилителями (диапазон +/- 165А, частоты до 250 кГц);
  - измерение напряжения питания (фильтр tau=25мкс, от 0 до 60в);
  - измерение напряжения на выходных терминалах (фильтр tau=25мкс, от 0 до 60в);
  - датчик температуры силовой платы NTC резистор 10к.
• Интерфейсы к мотору:
  - дискретные датчики Холла;
  - инкрементальный энкодер;
  - внешний NTC резистор.
• Интерфейсы управления:
  - CAN;
  - USART;
  - servo PWM;
  - STEP/DIR;
  - два аналоговых входа (от 0 до 6в);
  - дискретные входы.
• Дополнительные интерфейсы: SPI, I2C, SWD, ADC/DAC, GPIO, FAN 5в.
• Питание (можно взять с платы):
  - 5в ~500мА;
  - 12в ~50мА;
  - 3.3в ~200мА.
• Управляющий микроконтроллер: STM32F405RG.

Программные возможности.

• Бездатчиковое векторное управление PMSM (BLDC) по измерениям двух фазных токов.
• Сложная схема векторной ШИМ:
  - уменьшение потерь на переключении, полное использование напряжения питания;
  - отслеживание фронтов переключения для получения чистых измерений тока;
  - предотвращение разряда бутстрепной цепи;
  - дополнительный режим пониженной пульсации для сервопривода.
• Бездатчиковый наблюдатель обеспечивает работу на низкой скорости (обычно 1-2% от максимальной и в зависимости от мотора до ~0.05в ЭДС).
• Измерение напряжения на терминалах (TVM):
  - компенсация влияния Dead-Time на работу бездатчикового наблюдателя;
  - подхват уже вращающегося при включении контроллера двигателя;
  - самотестирование целостности силовой части;
  - самотестирование параметров бутстрепной цепи.
• Ослабление поля (для повышения максимальной скорости за пределы напряжения питания).
• Возможность работы с двухфазной машиной (например биполярный шаговый двигатель).
• Интерфейс командной строки для управления и настройки (автодополнение, история команд).
• Сохранение всех параметров во flash память микроконтроллера.
• Автоматическое определение всех требуемых параметров мотора:
  - DC сопротивление (R) и AC импеданс (L1, L2, R) обмоток;
  - потокосцепление ротора (E или Kv);
  - механический момент инерции (Ja);
  - углы установки датчиков Холла.
• Сетевое взаимодействие (CAN):
  - до 30 узлов сети, все равноценны;
  - автоматическое назначение адресов (по запросу);
  - обновление прошивки по сети;
  - доступ к интерфейсу удалённого узла сети;
  - настраиваемые каналы передачи данных;
  
• Варианты работы на нулевой скорости:
  - форсированное управление без обратной связи (подходит когда нет нагрузки на старте, для воздушного винта например);
  - свободное вращение;
  - инжекция ВЧ (HFI) по анизотропии индуктивности (работает не со всеми моторами);
  - датчики Холла;
  - инкрементальный энкодер.
• Контуры управления:
  - контур тока работает всегда (в нем же реализованы основные ограничения);
  - контур скорости (реконструкция момента нагрузки с учётом Ja для быстрого отклика);
  - сервоконтур.
• Настраиваемые ограничения:
  - фазный ток, отдельно в прямую и обратную стороны, максимальный ток в режиме HFI, ток при перегреве;
  - батарейный ток (мощность), отдельно потребление и регенерация;
  - напряжение звена постоянного тока, максимальное и минимальное;
  - скорость и ускорение (есть отличия при управлении током или скоростью).
• Измерение пройденного расстояния и потраченной энергии [Вт*ч], заряда [А*ч].

Планируемые и возможные доработки.

• Дальнейшее развитие бездатчиковых методов.
• Добавить зарядку аккумулятора через фазные провода (или общий режим boost).
• Исследование возможности работы с другими типами двигателей, применение в других областях.
• Сделать чертёж корпуса-теплоотвода для rev5a
• Начать новую ревизию с напряжением питания на уровне 120в
• Графический интерфейс настройки контроллера (начал делать)

Все исходники схема и pcb в mercurial репозитории. А так же на github.

Видео на youtube

[biv4]

Очень перспективная разработка!

Добавьте еще ссылку на блог ссылка

[SkeptiK]

Низкий поклон, видео впечатляет! Но такой вопрос - вот Flipsky VESC уже есть. Цены в открытом доступе. Как планируете конкурировать?

[biv4]

VESC этому контроллеру не конкурент. Здесь более продвинутая математика, элементная база, топология.

[SkeptiK]

Потребителю интересны только свойства продукта, а не его составляющие.

[i]

Я потребитель схемотехники. Мне интересно какие микрухи применены и смогу ли я их приспособить для своих нужд. Так же мне интересны программные трюки и примеры использования либ. 

[SkeptiK]

На вас одном бизнес не сделать. Даже на ста таких как вы.

[Gychbbty]

 amaora, буду весьма признателен если вы загляните в мою тему, она на несколько пунктов выше, увеличение кол-ва мосфет... Суть собсно в чем, biv4 предложил довольно интересное, а самое главное практически готовое решение... Я конечно понимаю что ваш продвинутый контроллер довольно далек от управления столь деревянными вещами, но все же, ИМХО мысль довольно интересная, что вы думаете по этому поводу? Насколько я пронформирован данный сабж расчитан на 48s, это около 177 вольт, на данный момент я больше ничем не располагаю, не сочтите за грубость, но я человек далекий от софта, да и с мк в принципе не особо дружу, так что заранее простите за такие глупые вопросы, да конечно я понимаю что подружить это дело стоит коллосального труда в плане доводки алоритмов, но надеюсь на ваше трудолюбие)

[amaora]

Низкий поклон, видео впечатляет! Но такой вопрос - вот Flipsky VESC уже есть. Цены в открытом доступе. Как планируете конкурировать?

Открытый это значит каждый может взять все исходники и собирать этот контроллер или сделать модифицированный. У меня нет цели конкурировать, хотя слежу за другими проектами, интересно же. По ценам у меня похоже получается, но не планирую заниматься производством и продажей. Только разработка, и на данный момент лишь в интересных мне направлениях.

[amaora]

 amaora, буду весьма признателен если вы загляните в мою тему, она на несколько пунктов выше, увеличение кол-ва мосфет... Суть собсно в чем, biv4 предложил довольно интересное, а самое главное практически готовое решение... ...

Хотите взять управляющую часть у меня и этот модуль? Я с высокими напряжениями и IGBT/SiC не работал, могут быть неожиданные проблемы. И сейчас приоритет на своем контролере, там много идей было реализовано но мало из них по хорошему протестировано. Лучше сначала все отладить на низких мощностях.

[edw123]

Открытый это значит каждый может взять все исходники и собирать этот контроллер или сделать модифицированный. У меня нет цели конкурировать, хотя слежу за другими проектами, интересно же. По ценам у меня похоже получается, но не планирую заниматься производством и продажей. Только разработка, и на данный момент лишь в интересных мне направлениях.

Настройку параметров позволяет? каких?

[amaora]

Настройку параметров позволяет? каких?

Да позволяет, их много. Ограничения тока, мощности, скорости. Пороги срабатывания снижения тока/мощности по перегреву или переразряду. Режимы работы на низкой скорости. Преобразование управляющего сигнала в параметр, можно назначать управление фазным током или скоростью (или еще чем-то).

[amaora]

Вот схема в pdf, если кому лень идти в репозиторий и смотреть через KiCad.

[amaora]

Сейчас есть такая задача. Найти  удобный способ конфигирования управляющих входов в применении к электротранспорту. Вариантов много, и хочется охватить все. То есть можно настроить торможение и разгон с одной ручки поделив диапазон на две части. Можно торможение включать отдельной кнопкой, можно для плавности отдельной ручкой. Еще кнопка реверса, или же реверс с одной ручки? И вот как-то все хотелось бы соединить, чтобы все просто настраивалось. Но похоже это не реализуемо простым путем.

[edw123]

И вот как-то все хотелось бы соединить, чтобы все просто настраивалось. Но похоже это не реализуемо простым путем.

"На ходу" можно параметры менять? Или только заранее? Беспроводную связь можно организовать? Логи можно писать?

[amaora]

"На ходу" можно параметры менять? Или только заранее? Беспроводную связь можно организовать? Логи можно писать?

На ходу все и меняется, если надо сохранить то пишется во флешь. Беспроводная связь через любой Bluetooth-USART преобразователь. Логи какие? Сейчас только критические ошибки пишутся в RAM, чтобы после рестарта можно было понять причину.

[Gychbbty]

 amaora, на сколько я понял вас не интересует доводка софта и железа для применения в мощных конфигах... Ну что ж, тогда буду с интересом наблюдать за вашим проектом, удачи!

[amaora]

на сколько я понял вас не интересует доводка софта и железа для применения в мощных конфигах... Ну что ж, тогда буду с интересом наблюдать за вашим проектом, удачи!

Да, на все сил не хватает.