Sollte ich mein Servosystem von bürstenbehafteten auf bürstenlose Motoren umstellen?

Ich habe einen Roboter, der in seinem Servosystem Bürstenmotoren verwendet. Dies sind Maxon 3W-Motoren mit 131: 1-Planetengetrieben. Die Motoren werden von einem PIC-Mikrocontroller gesteuert, der einen 1-kHz-PID-Controller betreibt. Die Servos eignen sich für Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen und hohem Drehmoment. Zwischen Sensor und Motor besteht ein erhebliches Spiel.

Maxon bietet bürstenlose 12-W-Motoren gleicher Größe an. Diese sind in vielerlei Hinsicht besser: doppeltes Drehmoment, bessere Wärmeableitung, höherer Wirkungsgrad.

Das Problem ist natürlich, dass sie eine komplexere Antriebselektronik erfordern. Ich habe auch gehört, dass einige Leute erwähnen, dass bürstenbehaftete Motoren für Servoanwendungen besser sind, obwohl sie nie erklärt haben, warum.

• Hat jemand ein solches System implementiert?
• Gibt es irgendwelche Fallstricke beim Einsatz von Bürstenmotoren für Servos?
• Ist es möglich, es bei niedrigen Geschwindigkeiten zu servo, wenn ich nur die 3 integrierten digitalen Hallsensoren und keinen Encoder habe? (Ich würde es vorziehen, wegen des Geldes und der Platzkosten keinen Encoder hinzuzufügen)
• Ist Drehmomentwelligkeit wahrscheinlich ein Problem?

Bürstenmotoren sind für Servosysteme einfacher, aber nicht besser. Viele High-End-Servosysteme sind bürstenlos / AC.

Mit nur 3 Hallsensoren ist es möglich, die Motoren bei niedrigen Drehzahlen zu steuern. Sie möchten wirklich keine trapezförmige Kommutierung, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, und könnten daher einen Encoder hinzufügen oder die Rotorposition schätzen, falls erforderlich.

Es ist möglich, die Rotorposition nur mit Hall- / Stromsensoren zu schätzen, aber wenn es viele externe Störungen gibt, funktioniert dies nicht sehr gut.

Es ist unwahrscheinlich, dass eine Drehmomentwelligkeit ein Problem darstellt. Dies hängt natürlich von Ihrer Anwendung ab. Weiterentwickelte Kommutierungsmethoden (Sinus- oder Flussvektor) eliminieren im Wesentlichen die Drehmomentwelligkeit.

Sie sagen, Ihre Anwendung ist langsam, aber Sie verwenden auch ein 131: 1-Getriebe. Welche Drehzahl sieht der Motor normalerweise? Es ist keine wirklich langsame Anwendung, wenn der Motor mit 30% + seiner Nenndrehzahl läuft. Sogar Hallsensoren haben eine sehr hohe Auflösung, nachdem sie so stark reduziert wurden, dass Sie möglicherweise keine Leistung bei niedriger Drehzahl am Motor selbst benötigen.

IMHO Angesichts der Tatsache, dass Ihr derzeitiges System ein erhebliches Spiel zwischen dem Sensor und den Motoren aufweist, kann ich mir kein bürstenloses System vorstellen, das auch mit Hallen / trapezförmiger Kommutierung schlechter abschneidet.

In der Industrie werden bürstenlose Motoren mit geringem Wartungsaufwand gegenüber bürstenlosen Motoren mit relativ hohem Wartungsaufwand stark bevorzugt. Während ersteres im Hinblick auf den Motor selbst und die Antriebselektronik möglicherweise teurer ist, wiegt die Verringerung der langfristigen Wartungskosten in der Regel die zusätzlichen Kapitalkosten auf.

Wie von Benutzer65 vorgeschlagen , müssen Sie möglicherweise sinusförmig kommutieren, um Drehmomentschwankungen bei niedrigen Drehzahlen zu vermeiden. Dies hängt genau davon ab, wie Sie Ihr System auslegen und wie genau Sie Ihre Geschwindigkeitsregelung benötigen.

Die Arbeit Eine Vergleichsstudie der Kommutierungsmethoden für ... enthält einige interessante Methoden zur Informationskommutierung, die von Nutzen sein könnten.

Letztendlich halte ich es jedoch für eine falsche Wirtschaftlichkeit, keine Encoder zu verwenden.

Im Gegensatz zu Hallen haben sie den entscheidenden Vorteil, dass sie nicht an die Motordrehung gebunden sind - dh sie müssen nicht auf der Motorwelle laufen. Sie können sie auf der Lastseite des Getriebes platzieren, um die genauen Auswirkungen des Spiels in Ihrem Getriebe zu quantifizieren.

Auf diese Weise können Sie in der Software eine Spielkompensation durchführen, zwei Servoschleifen ausführen (eine für die Positionsverfolgung mit Spielkompensation und eine für eine schnellere Geschwindigkeitsregelung) und im Allgemeinen Ihr System sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Geschwindigkeiten viel genauer steuern.