ASURO: kleine Aufgabe - ganz langsam fahren

[pebisoft]

die reibung am asuro ist am stärksten an den nicht gelagerten rädern auf der achse, es tritt hier eine verkantung auf, die ja nach v0 auftritt. weiterhin nehmen die schlecht verarbeiteten zahnräder (das modul ist ungenau) eine grosse reibung auf. die sogenannte anpressung des motorzahnrades an dem abtriebszahnrad tut hier auch noch einmal etwas dazu.
man sollte auch etwas teuere motoren einbauen. diese billigdinger verfälschen auch noch die antriebswerte.
mfg pebisoft

[Manf]

Das passt auch gerade zum Thema:
Ich habe mal die Motoren zum Test über Kabel direkt an ein Labornetzteil angeschlossen und bei verschiedenen Spannungen den Strom für die gerade Fahrt auf dem Schreibtisch und auf dem Teppich gemessen. Ich war überrascht, wie sehr die Werte ab 2V bis 4,5V relativ konstant waren, beim Tisch ab 1,2V.

Nach dem Anfahren war der Strom pro Motor
auf dem Tisch 50mA, bei Abgabemoment 60µNm und
auf dem Teppich 65mA, bei Abgabemoment 140µNm.

Bild hier  

Die Motoren waren dabei gut positioniert und die Lager leicht gefettet. Bei 40mA Leerlaufstrom und 50mA Laststrom muss man schon feststellen dass die meiste Leistung als Verlust im Motor hängen bleibt und man leicht einen Motor finden kann der für den halben Strom oder weniger (niedrigstrom Arbeitskraft?) die gleiche Leistung erbringt.

CD Motoren mit 15-20mA Leerlaufstrom haben entsprechende Daten bei niedrigen Beschaffungskosten (Auschlachtung alter Laufwerke) aber es geht erheblich weiter mit kugelgelagerten Glockenankermotoren von Maxon oder Faulhaber. Neu kosten die dann kaum mehr als zwei ASUROs.
Manfred

[waste]

Der schlechte Wirkungsgrad der Motoren hat aber auch einen Vorteil, wenn man die Motoren regeln will. In einer Regelschleife ist es von Vorteil, wenn die Zeitkonstanten für das Beschleunigen und Abbremsen gleich ist. Leider ist das beim Asuro nicht der Fall. Man kann zwar durch BREAK die Motoren bremsen, aber nicht mit der PWM-Einstellung. Wird beim Asuro von einem hohen PWM-Wert z.B. 255 auf einen kleinen Wert z.B. 0 umgestellt, so rollt der Asuro einfach aus und bremst nur durch die Reibung aber nicht aktiv. Das ist ein Nachteil, da hierbei eine grössere Zeitkonstante auftritt. Ich habe dazu einige Messungen gemacht, siehe Bilder.

1.Bild: Asuro beschleunigt von 0 auf Vollgas
2.Bild: Asuro bremst aktiv mit MotorDir(BREAK,BREAK);
3.Bild: Asuro rollt aus mit MotorSpeed(0,0);

Man sieht deutlich, dass das Ausrollen etwa 3mal länger dauert als das Bremsen. Mit einem besseren Motor wäre der Unterschied sogar noch deutlicher.
Das Bremsen ist durch die zusätzliche Reibung schneller als die Beschleunigung.

Waste

[stochri]

@waste
Sehr anschaulich und praktisch, Deine Messungen. Interessant, dass Dein Asuro die 0.5m/s erreicht, bei meinem liegt die Maximalgeschwindigkeit ca. 10% tiefer ( ich nehm mal an, Du hast die Messungen auf glatter Oberfläche durchgeführt und die Messungen gelten für Deinen 240g ASURO ).

Der schlechte Wirkungsgrad der Motoren hat aber auch einen Vorteil, wenn man die Motoren regeln will. In einer Regelschleife ist es von Vorteil, wenn die Zeitkonstanten für das Beschleunigen und Abbremsen gleich ist. Leider ist das beim Asuro nicht der Fall. Man kann zwar durch BREAK die Motoren bremsen, aber nicht mit der PWM-Einstellung. Wird beim Asuro von einem hohen PWM-Wert z.B. 255 auf einen kleinen Wert z.B. 0 umgestellt, so rollt der Asuro einfach aus und bremst nur durch die Reibung aber nicht aktiv. Das ist ein Nachteil, da hierbei eine grössere Zeitkonstante auftritt. Ich habe dazu einige Messungen gemacht, siehe Bilder.

Die Zeitkonstanten für Beschleunigung und Verzögerung sind in Deinen Diagrammen aber ähnlich ( nicht um 10er Potenzen verschieden ), sollte da ein Regler nicht damit zurecht kommen ?

Die wesentlichen Probleme bei der Regelung beim Langsamfahren sind meiner Meinung nach:

1. Die Motordrehmomente liegen bei langsamer Fahrt unterhalb der Haftreibungskraft, sodass zwischen Beschleunigung und Verzögerung riesige Unterschiede entstehen.
Die Motoren können zwischen den Reglezyklen zeitweise hängen.
2. Die Encoderauflösung bei der 6-fach Scheibe beträgt nur 2mm.

Folgendes habe ich festgestellt:
Die Motoren können bei glattem Untergrund
- in 6 Positionen pro Umdrehung rasten
- notwendige Pulsänge 10ms

Wie wäre es, die 10ms Pulse in eine Regelschleife als 'Entrastung' einzubauen ? Der Motor bewegt sich dann zwar ein wenig ungleichmässig, bleibt aber nicht hängen.

Gruss,
stochri

[waste]

Hallo stochri,

deine Annahme ist richtig, die Messung wurde auf glattem Untergrund durchgeführt.

Bei den Zeitkonstanten meine ich den Unterschied zwischen Beschleunigen und Ausrollen. Denn in einer Regelung wird der Motor über die PWM beschleunigt und verzögert. Bei der Verzögerung gilt die Zeitkonstante wie in der Messung "Ausrollen" und die ist 500ms, im Gegensatz zur Beschleunigung, wo ich etwa 125ms ablesen kann, also Faktor 4 als Unterschied. Die Zeitkonstante wird durch Anlegen einer Tangente an die Kurve bestimmt.
Es gibt schon Methoden dieses in einer Regelung in den Griff zu bekommen. Einfacher ist es allemal, wenn der Motor auch mit gleicher Zeitkonstante verzögert. Wenn man die Regelung auf Schnelligkeit trimmen will, dann sollte man unbedingt die Ansteuerung elektrisch so umbauen, dass der Motor auch mittels PWM aktiv verzögert.

Das grösste Problem bei der Regelung einer Schleichfahrt sehe ich in der Totzeit der Odometrie. Da hierbei nur alle 0.2s ein Tick kommt, kann die Regelung nicht sehr schnell gemacht werden. Das in Verbindung mit dem Überwinden der Haftreibung bzw. des Rastmoments macht die Sache so schwierig, für mich wenigstens. Aber vielleicht gibt es da auch Lösungen. Im Moment liegt mein Augenmerk auf einer anderen Sache. Die ist ähnlich, scheint mir aber einfacher zu sein. Ich will einen Linienfolger mit einem PD-Regler realisieren. Da ist die Totzeit wesentlich geringer, so ca. 1ms. Vielleicht gibt es dabei Erkenntnisse, die man dann auf die Schleichfahrt umsetzen kann.

Aber vorerst muss ich meinen Asuro wieder reparieren. Der ist mir nämlich vom Tisch gefallen und hat sich ein paar Beulen geholt.

Waste

[ähM_Key]

Was hat der Asuro eigentlich für einen Motortreiber? Sind dort keine Freilaufdioden drin? Weil die müssten den Motor doch eigentlich aktiv bremsen, wenn keine PWM-Signal mehr anliegt, oder?

gn8, ähM_Key

[waste]

Der Asuro hat eine H-Brücke mit Freilaufdioden. Trotz der Freilaufdioden läuft der Motor beim Zurücknehmen der PWM frei. Die Dioden schützen nur die Schaltung vor den Spannungsspitzen, bremsen aber nicht den Motor. Ob die Freilaufdioden wegen dem Freilauf des Motors so heissen, kann ich aber nicht sagen.

Waste

[Vogon]

Der Asuro hat eine H-Brücke mit Freilaufdioden.

[ähM_Key]

Da verlässt man sich einmal auf die Aussagen eines angeblichen ET-Freaks
Der hat nämlich gesagt, dass es sinnlos ist den Motor zum Bremsen z.B. durch ein Relais (praktisch zu aufwändig) kurzzuschließen, weil der den Akku sogar beim bremsen lädt.
...naja

MK

[Manf]

Über die Freilaufdioden wird die relativ geringe Energie abgebaut, die in der Ankerinduktivität gespeichert ist.

Wird der Motor beim Drehen kurzgeschlossen, dann fließt aufgrund der durch die Drehung induzierten Spanung ein Strom und der Motor wird gebremst.

Die Freilaufdioden lassen den Strom bei gesperrten Transistoren aber nur fließen, wenn die induzierte Spannung größer ist als die Versorgungsspannung.

Da die Versorgungsspannung die höchste Spannung ist die den Motor antreibt, wird die durch die Drehung induzierte Spannung nicht größer als die Versorgungsspannung und über die Dioden tritt keine Bremsung ein (außer vielleicht bei extremer bergabfahrt).

Ein Freilauf ist es also also nur für die im Anker gespeicherte Feldenergie, daher der Name. Danach werden die Dioden nicht mehr leitend und es tritt kein Energieaustausch über die Dioden auf.
Manfred