Schubmessung/PWM-Ansteuerung

[Minifriese]

Moin!

Danke fuer die Info! Meinst du wirklich, dass bei 3A der gleiche Schub rauskommen muss, egal welche Grundspannung ich benutze? Ich haette gedacht, dass der Effekt der groesseren Spannung im High-Teil der PWM vielleicht doch eine hoehere Leistung bewirkt.

Das mit dem Wirkunsgrad ist so ne Sache. Der Wert als solcher interessiert mich ja gar nicht so sehr. Ich will nur wissen, bei welcher Klemmenspannung bzw bei welchem Strom ich den Motor betreiben muesste, damit der Wirkungsgrad moeglichst hoch ist. Ob er dann z.B. 50% oder 70% betraegt, ist mir relativ egal, kann ich ja eh nicht gross aendern. Was ich aber aendern kann, ist die Steigung der Propeller, damit sollte ich dann ja das Optimum des Wirkungsgrades - wie gross es auch immer sein mag - zu einem Arbeitspunkt (=bestimmte Klemmenspannug) schieben koennen, der mir gerade gut passt. Also zum Beispiel zu 9V, weil meine Akkuspannung 11,1V ist und ich noch ein bisschen Regelreserve haben will.

Der Aufbau , also die Wippe, ist eigentlich dazu da, eine Lageregelung zu testen, wie man sie fuer den Quattrocopter braucht. Natuerlich nur eine der beiden Achsen, aber die andere waere ja identisch, bloss 90' versetzt. Ich denke, mit dem Aufbau sollte ich die Reglerparameter schon mal grob einstellen koennen. Wenn und falls ich dann mal den kompletten Quattrocopter baue, wird der hoffentlich schon mal einigermassen stabil fliegen. Jedenfalls nicht voellig ungezaehmt...

Der Regler ist ein Kaskadenregler, Fuehrungsgroesse ist die Lage (ueber ADXL202 gemessen), der Ausgang ein Drehratensollwert. Der Folgeregler regelt die Drehrate der jeweiligen Achse (ueber ADXRS150 gemessen). Damit ist die Stabilisierung gleich im Regler mit drin. Da die Strecke integrales Verhalten hat (konstante Schubdifferenz zwischen den beiden Motoren bewirkt stetige Drehung um die jeweilige Achse), sollte bei Fuehrungs- und Folgeregelung ein P-Regler ausreichen. Wenn's damit nicht geht, muss vielleicht ein PD-Regler rein.

Dummerweise weiss ich noch nicht, wo ich die ADXRS150 zu zivilen Preisen herbekomme und meine einstellbaren Propeller hab ich auch noch nicht. Also bastel ich hier momentan nur mit dem Spielzeugpropeller und einem ADXL202 rum. Mal gucken, was da so geht...

Nils

[sonic]

Hallo,

vielleicht kann ich noch was zum Verständnis beitragen.
...
2) Eine PWM funktioniert wie ein Spannungssteller bei einem Netzteil. Bei 50% kommt genau die Hälfte der Versorgungsspannung am Motor an. Um bei 12V Versorgung das Gleiche wie bei 6V und 98% PWM zu erreichen, müsstest du bei 12V eben 54% einstellen. Ich glaube, da ist noch was an dem Messaufbau faul, denn bei 3A müsste in beiden Fällen auch der gleiche Schub raus kommen.

Genau das mit der PWM versuch ich ihm auch die ganze Zeit klar zu machen.

Nur wieso "...bei 3A in beiden Fällen..", hat er doch noch gar nicht gemessen, die Spannung ist doch immer ca. 6V oder hab ich mich da schon wieder verkuckt?

Aber der Schub muss da nicht unbedingt gleich sein meiner Meinung nach.
Kann mich da aber auch irren. Der Schub einer Luftschraube hängt bei vorgegebener Geometrie mit der Drehzahl und dem Drehmoment zusammen. Deswegen nimmt man ja auch manchmal ein Getriebe, weil das Wirkungsgrad Maximum nicht unbedingt mit dem Wirkungsgradmaximum des Motors übereinstimmen muss...

Man kann das doch mit einem Schrittmotor vergleichen der mit Überspannung betrieben wird. Das macht man ja auch um ein größeres Drehmoment zu bekommen. Klar wird das durch PWM und Strombegrenzung wieder ausgemittelt, aber kann man das nicht mit einem Hammer vergleichen? Da macht mann ja auch mehre Kraftvolle Schläge um einen Nagel ins Holz zu treiben. Würde man mit der gemittelten Kraft auf den Nagel drücken, würde der sich sicher nicht bewegen

3) Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von mech. zur elektrischer Leistung. Die mech. Leistung = Kraft (also Schub) * Geschwindigkeit der Luftmasse.
Die el. Leistung P = U * I
Da die Geschwindigkeit der durch die Luftschraube bewegten Luftmasse nicht bekannt ist, kann in dem Fall auch kein Wirkungsgrad bestimmt werden.
...
Gruss waste

Ja schon, wenn man vom Akademischen Wirkungsgrad per Definition ausgeht. ´Gesucht ist aber nicht der absolute Wert, sondern das relative Minimum. Schub/Eingangsleistung ist da schon ein guter Anhaltspunkt. Hab das auch schon so auf etlichen Websites gefunden die sich damit beschäftigen. Man rechnet ja auch mit dem Schub und nicht mit der mechanischen Leistung.

Was mir in dem Diagramm allerdings fehlt ist der Abfall des Wirkungsgrad ab einer gewissen Drehzahl, bzw. der Punkt an der Schub nicht mehr Steigt. Also der Punkt an dem der Luftwiderstand die Überhand gewinnt.

Aber dazu brauchts anscheinend noch ein bisschen mehr Strom ,-)

Gruß, Sonic

[Minifriese]

Genau das mit der PWM versuch ich ihm auch die ganze Zeit klar zu machen.

Nur wieso "...bei 3A in beiden Fällen..", hat er doch noch gar nicht gemessen, die Spannung ist doch immer ca. 6V oder hab ich mich da schon wieder verkuckt?

Ich hab dich schon verstanden. So halbwegs jedenfalls Alter Mann ist doch kein D-Zug... Mit PWM hab ich an sich kein Problem, allerdings kenn ich das sonst nur fuer Signale, z.B. Servos. Die Effekte in nem "Leistung"-Stromkreis mit Motor find ich noch etwas verwirrend...

Das mit den 3A ist nicht in der Tabelle, richtig. Hatte ich nur vorher mal kurz getestet. Aber weil dabei der BUZ71 ziemlich warm wurde, hab ich fuer die anderen Versuche 6V genommen (hab nur je einen 12V und 6V-Akku, noch nix dazwischen...). Aber bei diesem ersten Versuch hatte ich bei 12V Grundspannung und 3A etwa 120g Schub, bei 6V und 3A nur noch knapp 80g. Rein instinktiv wuerde ich dir schon zustimmen, dass das normal ist, wegen der hoeheren Grundspannung.

Nils

[waste]

Ich sehe gerade, dass ich mich in meinem Beitrag verrechnet habe. Die Hälfte von 98% ist 49% und nicht 54%, wie ich geschrieben hatte. Also 12V und 49% PWM sollte das Gleiche als 6V und 98% ergeben.

@sonic
Dein Vergleich mit dem Hammer würde stimmen, wenn die PWM-Frequenz sehr niedrig ist. Aber bei 4kHz sollte der Strom nicht mehr pulsieren sondern einigermassen konstant sein. Dann wirkt es so, als ob nur eine geringere Gleichspannung angelegt wird. Die "3A in beiden Fällen" bezieht sich auf den 1. Beitrag von Minifriese, wo er bei 3A einmal 120g Schub ermittelt und ein anderes Mal 85g Schub.
Bei 3A liefert ein Motor ein ganz bestimmtes Drehmoment. Bei gleicher Luftschraube ergibt das eine ganz bestimmte Drehzahl und diese Drehzahl am Motor bei 3A ergibt wiederum nur eine bestimmte Spannung am Motor. Also, da ist noch etwas unstimmig an der 1. Messung.

Bezüglich Wirkungsgrad bei Luftschrauben muss ich noch kurz nachdenken.
Komm gleich wieder.
Gruß waste

[Minifriese]

Hab den elektrischen Aufbau gerade erstmal aufgeraeumt, weil ich bis die Luftschrauben kommen, lieber an meiner LCD-Ansteuerung und den Analogeingaengen gebastelt hab.
Ist aber ne interessante Frage, also werde ich das morgen nochmal aufbauen und nachmessen
Nils

[waste]

Hab noch vergessen, gleiche Drehzahl an der gleicher Luftschraube, ergibt auch gleichen Schub.

waste

[Minifriese]

Muss mir vielleicht doch mal nen Drehzahlmesser zulegen...
Uebrigens messe ich mit billigen Multimetern aus dem Baumarkt. Ist die PWM-Frequenz hoch genug, dass der Strom da nicht wegen der Welligkeit falsch angezeigt wird?
Nils

[waste]

Ich denke, bei 4kHz ist die Welligkeit nicht so gross, dass es zu einer Falschmessung kommt. Bin mir da aber nicht so sicher. Müsste es einmal nachmessen. Aber das hängt natürlich auch vom Motor ab.

Bezüglich Luftschraube für einen Quattrocopter habe ich folgendes herausgefunden: Um einen gewissen Schub zu erreichen, kann man entweder eine kleine Luftmasse mit hoher Geschwindigkeit verdrängen oder eine große Luftmasse mit entsprechend kleinerer Geschwindigkeit. Im Fall der hohen Strahlgeschwindigkeit ist die im Strahl aufgewandte kinetische Energie als unnütz zu sehen, denn der Quattrocopter soll ja nicht wie eine Rakete durch die Luft zischen, sondern eher sanft dahin schweben. Also sollte man für einen Quattrocopter Luftschrauben wählen, die möglichst viel Luftmasse bewegen aber nur mit der Geschwindigkeit, dass es für den Schub bzw. für die max. Steiggeschwindigkeit ausreicht. D.h. möglichst grosser Durchmesser und geringe Drehzahl.

Just my 2 cents.
waste

[sonic]

@waste: stimmt 4khz, da bleibt nicht mehr viel Welligkeit. Aber am Oszi anschauen würd ich mir sowas schon mal gern, bin blos zu faul ,-) Ne muss lernen ,-)

Also irgendwie wird man blöd im Kopf wenn man versucht zu diesem Thema mal ein paar Formeln zu finden. Jeder schreibt was anderes, jeder hat andere Ausgangssituationen. Das ist echt zum Kinderkriegen. Verstehen würde ich das Ganze aber auch gern.

Das mit den Luftschrauben für die Quattrocopter stimmt grundsätzlich auch so. Wir hatten das schon mal in unserem Quattrocopterthread besprochen.

Wahrscheinlich bleibt uns nichts anderes übrig als auf die nächsten Kennlinien zu warten.

Gruß, Sonic

[Minifriese]

Moin,

Das mit den moeglichst grossen Luftschrauben stimmt. Bloss finde mal leichte Luftschrauben, die es mit grossen Durchmesser sowohl links- als auch rechtsdrehend gibt... Die groessten die ich aufgetrieben haben, sind 20,8cm, mit drei bzw. vier Blaettern. Die sollen dann ca 18g wiegen. Sind aber immer noch nicht bei mir angekommen
Sobald sie da sind, versorg ich euch wieder mit Kennlinien...
Nils