Sterownik na mikrokontrolerze?

misiekagh · Post napisał: **misiekagh** » 13 wrz 2007, 10:45

Witam.
Szukam odpowiedzi na pytanie:

Po co ludzie tworza skomplikowane sterowniki do silnikow krokowych kiedy mozna do tego zapiac mikrokontroler (np jakis Atmela), napisac prosty program przelaczajacy w petni stany na nozkach (w zaleznosci od ilosci wyprowadzen z silnika).Daje do tego mocne tranzystory np. MOSFETy i gotowe.Jak komus zalezy na mikrokrokach moze zainicjowac modulacje PWM w mikrokontrolerze.

Czy budowanie takiego sterownika ma jakies wady?

UNIVERSE · Post napisał: **UNIVERSE** » 13 wrz 2007, 11:16

Witam.
Jestem tu coprawda nowy. Ale pozwólcie ,że zaopniuje powyższy temat.
Kiedyś walczyłem ze zrobieniem falownika na mikrokontrolerze czyli zamiast kosciami robić sekwencje włączeń wyłczeń mosfetów robiłem to na uc. Było to coprawda kilka lat temu ale wówczas dominowały opinie w stylu ,że żadne urządzenia przemysłowe nie są bezpośrednio sterowane z uc, nawet jak uc posiada PWM to wykorzystywany jest do czegoś innego. Bo jak z jakichkolwiek przyczyn sie to zwiesi ,uc nieobsluzy przerwan(zabezpieczenia napradowe , przepieciowe itd.), będzie bład w programie to efekt łatwy do przewdzenia. Dlatego sekwencje pracy mosfetów lepiej sterować z wyspecjalizowanych układów.

Pozdrawiam

misiekagh · Post napisał: **misiekagh** » 13 wrz 2007, 11:27

Teraz mikrokontrolery maja cos takiego jak Watchdog.
Watchdog sluzy do sprawdzania czy mikrokontroler sie nie zawiesil.
Jego dzialanie jest mniej wiecej takie:
Gdy mikrokontroler pracuje normalnie licznik watchdoga zlicza sie sam do gory.Gdy zbliza sie do przepelnienia mikrokonroler sam resetuje licznik i zliczanie zaczyna sie od nowa.
Gdy mikrokontroler sie zawiesi licznik zostanie przepelniony i Watchdog zresetuje mikrokontroler.

jarekk · Post napisał: **jarekk** » 13 wrz 2007, 12:15

Kiedyś walczyłem ze zrobieniem falownika na mikrokontrolerze czyli zamiast kosciami robić sekwencje włączeń wyłczeń mosfetów robiłem to na uc. Było to coprawda kilka lat temu ale wówczas dominowały opinie w stylu ,że żadne urządzenia przemysłowe nie są bezpośrednio sterowane z uc, nawet jak uc posiada PWM to wykorzystywany jest do czegoś innego. Bo jak z jakichkolwiek przyczyn sie to zwiesi ,uc nieobsluzy przerwan(zabezpieczenia napradowe , przepieciowe itd.), będzie bład w programie to efekt łatwy do przewdzenia. Dlatego sekwencje pracy mosfetów lepiej sterować z wyspecjalizowanych układów.

Zrobiłem taki sterownik - na Mega88. Działał całkiem ładnie ale nie nadawał się do użytkou bo układy IR2184 ( sterowniki mosfetów) nie działały zbyt stabilnie ( głupiały i paliły zarówno siebie jak i mosfeta). Teraz robię sterownik serwo na dsPIC30F2010 - ma on sprzętowe wsparcie do obsługi mosfetów jak i sprzętowe zabezpieczenia mosfetów ( np. jest dedykowaane wejście 'error' które ustala stal lini sterujących mosfetami ). Do tego nieco lepsze sterowaie mosfetami - TLP251 + przetwornice

Do do sterowania mosfetami - sam PWM nie wystarczy - jeżeli chcesz poprawnie sterować mikrokrokowo . Poczytaj forum gdzie są rozważane A3977 lub inne projekty sterowników krokowców - żaden z nich nie używa czystego PWM'a. Ja implementowałem wszystko ręcznie w assemblerze - dopiero wtedy Meg88 działający w pętli ( bez przerwań) wyrabiał z zegarem do około 70kHz

Watchdog jest nieodpowiedni do kontroli pracy układu sterującego Mosfetami - musiałbyś dać naprawdę bardzo krótki okres 'kopania' - mosfetom naprawdę niewiele trzeba aby je upalić

misiekagh · Post napisał: **misiekagh** » 13 wrz 2007, 12:39

jarekk pisze:dopiero wtedy Meg88 działający w pętli ( bez przerwań) wyrabiał z zegarem do około 70kHz

Dlaczego zrezygnowales z przerwan? Sa za wolne? Pobierales impulsy z LPT bez wykorzystania przerwan?

arizon · Post napisał: **arizon** » 13 wrz 2007, 12:47

Witam
W takim razie mam pytanie do Kolegi Jarekk jak to działa w UHU pytam z ciekawości bo wiem że UHU stosuje wiele osób z forum i oprócz Kolegi OLO, który wyciska wszystko z tego sterownika, raczej nikt nie narzeka. Pytam bo wiem że kolega już wiele przeszedł z różnymi mikrokontrolerami.
A co jak by sterownik zrobić na jakimś FPGA ? Czy one są mniej zawodne niż mikrokontrolery?
Pozdrawiam
Paweł

jarekk · Post napisał: **jarekk** » 13 wrz 2007, 12:52

Zrezygnowałem z przerwań, bo tylko wtedy miałem prawdziwy hardcorowy system czasu rzeczywistego - całkowicie przewidywalny, zawsze idący tą samą ścieżką.

Impulsy z LPT były próbkowane w pętli - w tej samej pętli były sprawdzane timery oraz wejścia komparatorów z mostków. Całość zajmowała kilkanaście instrukcji assemblera ( co przy 20Mhz zegarze daje 50ns/ instrukcję - całość poniżej 1us)

Po testach wyszło, że obsługa wejść/mostków/mikrokroku działa stabilnie do około 70-80kHz ( ograniczeniem był przetwornik C/A na SPI ).

Procki są tanie - następca tego projektu leży w szufladzie - zbudowałem go na 3x Mega88 ( razem około 18zł ). Jako że w swojej frezarce będę miał serwa ( krokowce sprzedałem) to ten projekt trochę poczeka na realizację.

[ Dodano: 2007-09-13, 14:13 ]

arizon pisze:Witam
W takim razie mam pytanie do Kolegi Jarekk jak to działa w UHU pytam z ciekawości bo wiem że UHU stosuje wiele osób z forum i oprócz Kolegi OLO, który wyciska wszystko z tego sterownika, raczej nikt nie narzeka. Pytam bo wiem że kolega już wiele przeszedł z różnymi mikrokontrolerami.
A co jak by sterownik zrobić na jakimś FPGA ? Czy one są mniej zawodne niż mikrokontrolery?
Pozdrawiam
Paweł

Można zrobić na FPGA . Tak naprawdę wtedy mamy doczynienia również z programem w np. VHDL, tyle że działającym równolegle.
FPGA jest nieco droższe ( ale niewiele 2,3 razy cena procka), dużo bardziej kłopotliwe w debuggingu (potrzebny jest np. analizator ), trudno dostać FPGA łatwo do montażu (dla nie mających odpowiedniego sprzętu). Większe FPGA potrzebują kilku napięć zasilania, zewnętrznej pamięci do konfiguracji

Ale za to oferuje prędkości nieosiągalne przez procki.

Tak naprawdę PID dla serwa nie potrzebuje wiele mocy - dlatego UHU wystarcza mały procek (sam algorytm PID dla częstotliwości pracy około 2kHz nie jest duży). Kolega OLO - na UHU narzekał długo. Głównie dlatego, że przycisnął UHU w jego najsłabszym miejscach:
- Enkoder kwadraturowy - robienie tego samplując piny ogranicza pasmo. U mnie ( dspic30F2010 ) w procku jest sprzętowy podukład - pasmo (w zależności od konfiguracji ) około 2Mhz
- Stopień mocy - UHU używa jednego sygnału do sterowania IR21xx. Z moich doświadczeń układy IR21xx są paskudne i jednak zawodne ( proponuje poczytać elektrodę). Mój obecny prototyp używa TLP250 ( optoizolowany sterownik mosfetów) oraz małego transformatorka aby zapewnić zasilenia po stronie mosfeta. Do pomiaru prądu kupię sensory Halla firmy ABB ( cena około 30zł ) - dostepne są wersje 20A lub 50A. To wszystko zapewni pełną galwaniczą optoizolację stopnia mocy - powinno to ograniczyć zakłócenia oraz w przypadku problemów zabezpieczyć procka. 30F2010 ma specjalizowany podukład do sterowania mosfetami - w zasadzie jest to "fire&forget". Można np. sterować czasem martwym (potrzebne dla IGBT/MOSFETów dużej mocy - IR21xx mają jedną stałą wielkość). Dodatkowo jest tam wejście 'error' blokujące sterowaniem mosfetów ( ustalające ich stan na wcześniej zaprogramowany) - u mnie podłączone do zabezpieczenia prądowego. W tej chwili nie mam tego jeszcze w programie, ale mam rónież podłączony pomiar prądu.

Kolega OLO podłączył do UHU dość poważne serwa - duża moc ( serwa wysokonapięciowe ). Zgadzam się z nim, że UHU nie nadaje się do takich serw. Co innego podłączyć serwo < 300W, napięcie < 100V - wtedy to działa.

Podsumowując - to wszystko można mieć w FPGA, ale prościej i taniej jest wziać specjalizowany układ zawierający potrzebne klocki i po prostu dodać kilka obliczeń PID. Myślę że procek będzie wykorzystywany tak w 20-30%

Jest to w zasadzie generalna zasada - póki starczy mocy, prościej jest wziąć procek niż FPGA

misiekagh · Post napisał: **misiekagh** » 13 wrz 2007, 14:46

Stosowales SPI miedzy prockami? W jakim celu? Stosowales rozwiazanie LPT->Master->3xSlave?
Ja myslalem nad LPT->3xMaster+proc do wszelkiej masci czujnikow.

Nie mysle nad superprofesjonalnym rozwiazaniem...
Chcialem zrobic prosty program w C ktory na impuls z LPT zrobi krok (ew. mikrokrok).
Na poczatek wystarczy. Zrobie cala kontrukcje, uruchomie oprogramowanie, a jak bedzie wszystko dzialac, to dopiero pomysle nad czyms lepszym, bardziej profesjonalnym.
Co o tym sadzisz?

jarekk · Post napisał: **jarekk** » 13 wrz 2007, 15:19

W moim działającym rozwiązaniu był tylko jeden procek - tylko przetwornik C/A siedział jako slave na SPI.

W przyszłym rozwiązaniu jeden z procków obsługiwał sygnały z LPT. Na tej podstawie sterował przetwornikiem C/A oraz generował 6sygnałów sterujących dla pozostałych dwóch procków ( 3 sygnały dla każdego mostka H + napięcie referencyjne).

Każdy z mostków H był projektowany jako samodzielny moduł - jako wejście przyjmował napięcie 0.. 4.096V ( do sterowania prądem) 2 bity sterujace stanem mostka oraz 1 bit sterujący kontrolą pądu ( wygaszaniem).

Mogę Ci podesłać schematy / oprogramowanie tego co mam - da to pojęcie o projekcie.
Zaznaczam że soft został napisany w bardzo zoptymalizowany sposób w assemblerze wykorzystując procka do maksimum - podobny kod w C potrzebowałby na oko 4x tyle mocy.

Do mikrokroku nie trzeba dużo - ten pójdzie nawet w C.Kod programu byłby nieskomplikowany. Problemem są natomiast dobre rozwiązania mostka H. Można kupić gotowe ( ale tego kolega nie chciał), natomiast zrobine samemu na np. IR2184 nie chodziły mi stabilnie ( ukłąd jest kapryśny - nie do końca wiadomo czemu czasami odmawia współpracy ).

Leoo · Post napisał: **Leoo** » 13 wrz 2007, 19:26

jarekk pisze:Można np. sterować czasem martwym (potrzebne dla IGBT/MOSFETów dużej mocy - IR21xx mają jedną stałą wielkość).

Kolega nie przeglądał dokładnie asortymentu układów IR21... Proszę spojrzeć na IR21844. Główny problem w napędach szczotkowych DC, to iskrzenie komutatora. Niewystarczające filtowanie tych zakłóceń może powodwować przenikanie ich przez pojemność przejściową tranzystora do wejść gatedriverów. Nie bez znaczenia jest tu projekt PCB oraz prowadzenie przewodów zasilania i mas. Natomiast zasadnicze znaczenie ma zastosowanie odpowiedniej jakości kondensatora blokującego, kondensatora stanowiącego rezerwuar energii dla "Floating channel" oraz diody. Są to elementy krytyczne.

Sterownik na mikrokontrolerze?