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CNC => CNC - Hardware => Mensaje iniciado por: Valen en 18 Julio 2018, 00:15

Título: Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 18 Julio 2018, 00:15

Introducción:
Durante varios años he mantenido el desarrollo de una exitosa placa de control para el motor de continua de las máquinas herramienta, ya que me resultaba realmente difícil mejorarla.
La placa tiene como fin la alimentación del motor de continua de máquinas herramienta, como el torno 180x300 vario, o las fresadoras BF16 y BF20. Su gran ventaja reside en que lleva a cabo un control total del par y de la velocidad del motor, ajustándolo miles de veces por segundo, para que se mantengan estos valores cuando la máquina comienza a eliminar viruta, o manteniendo un elevado par cuando gira a velocidades muy bajas.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/921/ciE51B.png)

Sin embargo, y a pesar de ello, he decidido desarrollar una nueva versión de esta placa de control de motor de continua.

Las razones son las siguientes:
• Cada placa me lleva demasiadas horas de montaje, al emplear componentes discretos, en vez de tecnología SMD.
• Ofrece muchas funcionalidades que realmente luego no suelen utilizarse, lo que complica el diseño y montaje de la placa.
• Estos excesos encarecen la placa innecesariamente.

Además, quiero aprovechar para incluir alguna ventaja:
1.   Incluir un único filtro EMC de diseño propio, dentro de la placa, en vez de usar filtros externos. De esta forma, no habrá que fabricar cables para interconectar las cosas.
2.   Sustituir los dos micro-controladores de 8 bits conectados en bus, por un solo ARM Cortex Mx de 32 bits. De esta forma estandarizaré la plataforma de desarrollo en mis placas más grandes, lo que me facilitará su mantenimiento.
3.   Desarrollo de nuevas pantallas display para mostrar los datos, con un tamaño mayor de textos y cifras, que faciliten la legibilidad. Estas pantallas se podrán emplear también en las placas de diseño previo, con una actualización de software.
4.   Un profundo estudio de la distribución de los componentes SMD, junto con un menor número de componentes, ha permitido situarlos de forma que sean muy accesibles, para facilitar su montaje, mantenimiento y reparación.
5.   Posibilidad de preconfigurar la placa para motores de unos 500-600 vatios o para 800-900 vatios, con solo cambiar un jumper.


Diseño conceptual y matemático del nuevo sistema de control de par y de velocidad:
He actualizado el ensayo de diferentes máquinas herramienta, para determinar sus parámetros característicos.

En la imagen se ve el ensayo para determinar la inductancia del motor original del torno 180x300 vario.
También se llevan a cabo ensayos de vacío y de cortocircuito para determinar el resto de parámetros del circuito equivalente.

Con los valores obtenidos, podremos progarmar en el micro-controlador ARM Cortex Mx, un estimador matemático de la velocidad del motor, que me permita regular par y velocidad sin necesidad de gestionar un tacómetro.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/921/pD7CoM.png)

He rediseñado el sistema de control que ejecutará en software, el micro-controlador ARM Cortex Mx, que consiste en dos reguladores Proporcional-Integral (PI) funcionando anidados.
En la imagen se muestra su diseño conceptual, el cual se traducirá a software mediante transformadas en S (Transformada de Laplace) y posteriores Transformadas en Z (Transformada  de Laurent).

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/922/VkC0We.png)


Diseño del hardware:
Este es el boceto del prototipo de la nueva placa, dibujado en 3D por un software específico para el diseño de placas electrónicas:

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/923/REce2l.png)

Desarollo del software de control.
Ya he migrado el software de control, desde los dos micro-controladores de 8 bits, al ARM Cortex Mx de 32 bts.
El sistema regulará el par y la velocidad, unas 10.000 (diez mil) veces por segundo. Mucho más de lo que puede necesitar una máquina herramienta de este tamaño.

He llevado a cabo los primeros ajustes de los reguladores PI de par y velocidad.
Como puede verse en la imagen, en rojo se muestra el valor del potenciómetro de velocidad de la máquina-herramienta. En verde, se muestra cómo evoluciona la velocidad estimada por el software, a la que está girando el eje del motor. Se ve que hay una ligera sobreoscilación, que es necesaria para que la respuesta sea rápida. El sistema está casi ajustado en su totalidad.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/1024x768q90/924/qcQKGc.png)


Pantallas LCD de gran tamaño.
También he empezado a desarrollar la nueva aplicación para los displays LCD, que muestren imágenes más grandes, y por tanto más claras.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/320x240q90/921/HO08bT.png)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 18 Julio 2018, 08:10

Y esta es la placa prototipo, sobre la que terminaré de desarrollar el proyecto:

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/923/OmYcmW.png)

A medida que vaya probando partes del software, iré dicidiendo si incorporo alguna nueva funcionalidad, como un tacómetro destinado a mostrar en pantalla la velocidad del cabezal de la máquina.
Esto es útil, ya que el Estimador Matemático que hemos modelizado en el software del micro-controlador, nos da la velocidad estimada de giro del eje del motor, pero desconce si hay poleas o engranajes, por lo que su valor solo es útil para llevar a cabo la regulación interna de par y de velocidad.

Por si acaso, he dejado alguna opción de configuración que se puede activar/desactivar mediante un simple "jumper".

Como puede verse en la imagen, la placa incluye una inductancia (en la imagen, la bobina de cable grueso barnizado) que junto con tres condensadores de polipropileno, constituyen un potente filtro EMC, diseñado específicamente para este proyecto, y que evitará que la polución eléctrica generada por la conmutación de los semiconductores de potencia (puente de diodos e IGBT) afecten al circuito de control, alimentado por la fuente conmutada negra (en la imagen, en la esquina inferior derecha). Otra función que tiene es evitar que esta polución eléctrica llegue a la red general, afectando a otros aparatos conectados cerca.

Se ha tenido especial cuidado en mantener la placa como dos circuitos eléctricamente independientes:

• Sistema de Potencia.
• Sistema de Control.

Estas dos zonas solo se relacionan mediante dos dispositivos de fuerte aislamiento: Un sensor de efecto Hall para medir la corriente que enviamos al motor, y un driver octoacoplado para disparar el IGBT a la frecuencia deseada, con los tramos de conducción y corte que se necesiten en cada momento.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: jlogin2002 en 18 Julio 2018, 19:26

Como siempre... Me parece una pasada tus proyectos

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: kankarrio en 18 Julio 2018, 21:25

Como siempre es pa quedar con la boca abierta  .bien

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 19 Julio 2018, 13:26

gracias, la fase más difícil, es la modelización completa del sistema,

Modelización del sistema (Motor + Reguladores de par y velocidad realimentados, PI).
Una modelización correcta permite obtener un modelo matemático fiable, a partir del cual obtener el código en C, de control.
Para trabajar en este asunto, es muy útil llevar a cabo simulaciones del funcionamiento del conjunto, aunque no es estrictamente imprescindible, ya que todo se puede hacer con papel y bolígrafo.... con muchos folios y mucho tiempo.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/1ZOi4F.jpg)

Pasos a seguir:

1) MODELIZAR. Para poder estudiar un sistema de control es necesario disponer de un modelo de su funcionamiento. Normalmente un sistema se describe a través de ecuaciones diferenciales.

2) Si estas ecuaciones diferenciales son lineales, se les puede aplicar una transformada en s (transformada de Laplace) lo que permitirá convertir estas ecuaciones en otras donde la variable tiempo se sustituye por la variable s que representa un número complejo. Esta transformación permite estudiar el sistema de manera más sencilla.

3) Se obtiene la Función de Transferencia, definida como la relación entre la transformada de Laplace de la salida partido por la transformada de Laplace de la entrada.

4) Discretización del resultado obtenido, mediante una transformada en z (transformada de Laurent), que nos permita obtener unos polinomios programables en lenguaje C, cuyos coeficientes determinarán la estabilidad del sistema, etc.


Por medio de la función de transferencia podemos conocer:
•   Cómo va a comportarse el sistema en cada situación. A partir de la entrada aplicada al sistema, sabremos cuál será su respuesta o salida.
•   La estabilidad del mismo: es importante saber si la respuesta del sistema se va a mantener siempre dentro de unos límites controlados.
•   Qué valores se pueden aplicar a determinados parámetros del sistema de manera que éste sea estable.


Estudio de la estabilidad del sistema a partir de su función de transferencia.
Para que un sistema de regulación sea estable, las raíces de su ecuación característica (polos), han de estar situadas en la parte negativa del plano complejo de Laplace.
Aplicando una entrada en escalón, las siguientes gráficas nos representan la respuesta en sistemas con distinta función de transferencia:

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/UatA2e.png)

En el caso que nos ocupa, en este proyecto, la respuesta ante un escalón en la entrada de control (Giramos bruscamente el potenciómetro de mando, desde cero hasta la velocidad máxima), el resultado es el siguiente:

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/924/qcQKGc.png)

Vemos que al incrementar la velocidad, girando el potenciómetro (línea granate), el sistema reacciona incrementando la velocidad del motor de continua (línea verde), superando ligeramente el valor marcado por el potenciómetro, para posteriormente converger de manera suave al valor marcado por el potenciómetro.
Es lo que se conoce como un sistema con ligera sobre-oscilación, que es imprescindible si queremos que la respuesta sea muy rápida.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 20 Julio 2018, 21:18

Entorno de ajuste.

Para ajustar los coeficientes de los reguladores PI anidados, es necesario disponer de un elaborado sistema de acceso en tiempo real, que permia leer las variables principales del sistema según se van modificando al ejecutarse el programa. Es decir, tenemos que ser capaces de ver cómo evolucionan las variables principales (velocidad de la máquina y par motor) al accionar el potenciómetro de mando, cuando la máquina está trabajando.

Se trata de lograr que:
1) Ante cualquier actuación en el potenciómetro, la velocidad de la máquina le siga fielmente y de manera rápida.
2) En una fase posterior, será necesario poner en carga a la máquina herramienta, para verificar si los reguladores son capaces de mantener la velocidad y el par, cuando la máquina comienza a mecanizar la pieza.

En la imagen, vemos el entorno:
El ordenador está conectado al micro-controlador ARM Cortex M4 de la placa, mediante un hardware llamado "depurador". Esto le permite acceder al corazón del chip, incluso cuando está ejecutando un programa, y hacerlo en tiempo real.
También se ve una pantalla LCD que está conectada al puerto serie. Esta pantalla muestra lo mismo que el computador. Es otra forma de hacer lo mismo.
La placa está conectada al motor de mi torno Optimum 180x300 Vario, para que el funcionamiento sea totalmente real. Esta máquina herramienta ha quedado fuera de la imagen, y está situado a su derecha.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/CW2YND.jpg)

En este vídeo vemos cómo funciona la pantalla LCD.
https://www.youtube.com/watch?v=71EL2KEzBTM (https://www.youtube.com/watch?v=71EL2KEzBTM)

En este vídeo vemos cómo funciona la aplicación del computador.
https://youtu.be/nIicntSoNt8 (https://youtu.be/nIicntSoNt8)

Los reguladores PI están formados por determinados polinomios cuyos coeficientes se pueden moificar, para lograr diferentes efectos: Mejorar la establidad, la velocidad de respuesta, variar la sobreoscilación, etc.
El proceso de ajuste es iterativo: Se modifican estos coeficientes y se arranca la máquina. Con las visualizaciones mostradas, se comprueba si se ha obtenido el efecto deseado. Así una y otra vez. Es un trabajo un tanto manual, y aunque hay reglas y directrices, siempre hay una componente de ensayo práctico.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 18:13

Descripción del proceso de ajuste de los reguladores PI.
En el siguiente vídeo:

https://youtu.be/N0sYns2IU_4 (https://youtu.be/N0sYns2IU_4)

se explica en qué consiste el proceso de ajuste de los reguladores PI, y más en concreto, de los coeficientes de los polinomios obtenidos mediante la transformada en z, al discretizar la solución que previamente habíamos obtenido mediante transformadas de Laplace.
Se ha intentado dar un enfoque menos técnico, y más intuitivo.

En la imagen mostrada a continuación se puede ver el entorno de trabajo empleado para grabar este vídeo.
(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/922/Ti3bCv.jpg)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Tr Precision Machining en 21 Julio 2018, 18:51

Una pregunta..

mo crees mucho mas eficiente poner un motor trifasico y un variador vectorial de marca conocida..

que mantener el motor original y una de tus placas???

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Chapulino en 21 Julio 2018, 19:32

Excelente evolución , por la mejora de procesado y ajuste de la respuesta, que ya era muy buena en la placa anterior , pero sobre todo por la incoporación del filtro.

Una cuestión , hay alguna pantalla económica que se pueda adaptar a la placa de la versión anterior,
he estado mirando y ninguna baja de los 50€

He realizado alguna prueba , pero aun no la he montado

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 19:51

Hola Chapulino, gracias por tus palabras y el buen tono de tu post.
La placa actual es una maravilla, y no había una necesidad real de llevar a cabo este proyecto, pero la verdad es que me lleva muchísimas horas construirlas, y cada vez me apetece menos montarlas.

Respecto a la pregunta:

Cita de: Chapulino en 21 Julio 2018, 19:32

hay alguna pantalla económica que se pueda adaptar a la placa de la versión anterior,  he estado mirando y ninguna baja de los 50€

En estas placas solo se pueden utilizar pantallas que lleven dentro un software específico desarrollado por mi. Hay dos razones:
1) La imagen general mostrada en la pantalla es la que yo he programado.
2) Cada diseño empaqueta los datos de una forma determinada. Yo uso una estructura de datos TLV (Tag, Length, Value) muy común en la industria, en el que el campo Value contiene tres datos de dos bytes de longitud cada uno. Pero esto es así porque yo he querido hacerlo así.

Existe la posiblidad de emplear el sistema operativo propio del fabricante. Lo he probado, y funciona perfectamente. Pero te quita la posibilidad de hacer muchas cosas, y aún así no te libras de tener que cargar la estructura general de imagen que se muestra en pantalla.

Por lo tanto, la respuesta es que la pantalla más barata que se puede emplear en estas placas, sale por unos 40€ más o menos, según la tienda donde lo compres (yo nunca he pedido nada a nadie por prepararle la pantalla para que le funcione en su placa).

En la última versión, la pantalla más barata que voy a soportar, es esta:
https://www.4dsystems.com.au/product/gen4_uLCD_24PT/
que además se puede usar en las placas anteriores, cargando una actualización de software.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 20:12

Cita de: TEAM RURAL en 21 Julio 2018, 18:51

mo crees mucho mas eficiente poner un motor trifasico y un variador vectorial de marca conocida..que mantener el motor original y una de tus placas???

No me gustan este tipo de preguntas, que dan la impresión que solo buscan polemizar. Solo voy a responder una vez a este asunto.

En mi opinión, hay dos tipos de dueños de máquinas herramienta de uso semi-profesional o hobbies:
1) Los que quieren tener una máquina original, con el menor número de cambios posibles.
2) Los que prefieren experimentar otro tipo de soluciones, independientemente del impacto que tengan en la máquina.

Yo soy de los primeros, y mis proyectos están enfocados exclusivamente a usuarios con el mismo perfil que el mío. ¿Por qué es así? Pues porque yo proyecto soluciones que primero me han de satisfacer a mi mismo, y a partir de ahí, a quien se apunte a este estilo de gestión de sus máquinas.

Pienso que al segundo tipo de usuarios de máquinas, es inútil explicarles por qué yo nunca instalaré un motor asíncrono trifásico en mi máquina, y por qué nunca recomendaré llevar a cabo este tipo de modificaciones en máquinas pequeñas y/o destinadas a usuarios semi-profesionales o hobbies. Esto solo llevaría a respuestas, réplicas y contra-réplicas, desnaturalizando completamente el fin de este hilo. Además, ya sé lo que pasa en los foros, y no me gusta como evolucionan estas innecesarias polémicas.

El desarollo de esta placa tuvo como orígen la desilusión tan grande que me llevé al arrancar por primera vez mi torno y mi fresadora Optimum. Hacían un ruido infernal, y claramente la placa electrónica no estaba a la altura de mis expectativas. Para solucionarlo, desarrollé mi proyecto, y desde entonces, mis máquinas suenan como la turbina de un avíon, con gran suavidad, solo con el rumor de los rodamientos. Y todo ello, sin modificar externamente las máquinas originales, ya que incluso las dimensiones de la placa son compatibles con las que suelen venir incorporadas en estas máquinas.

A quien busca los mismos objetivos que yo, estás placas les proporcionan una gran satisfacción. El resto, buscará sus propias soluciones.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Tr Precision Machining en 21 Julio 2018, 20:19

Mi unica intencion no era polemizar ni menospreciar tus placas..era simplemente que me contestaras a nivel tecnico si considerabas mas eficiente un motor trifasico y un variador o el motor original y una de tus placas..independientemente de que tu lo montases o no en tus maquinas.

tranquilo que a partir de ahora procurare en tus post no volver a preguntar nada..asi puedes explicar tus cosas sin que nadie interfiera.

michel.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Xanito en 21 Julio 2018, 20:25

Sin ánimo de polemizar en absoluto, ¿por qué no vas directo a un sistema de lazo cerrado?

¿No sería mucho más fácil todo el sistema de control?

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 20:32

Cita de: Xanito en 21 Julio 2018, 20:25

Sin ánimo de polemizar en absoluto, ¿por qué no vas directo a un sistema de lazo cerrado? ¿No sería mucho más fácil todo el sistema de control?

Hola Xanito,
este es un sistema de lazo cerrado, en el que la realimentación se obtiene a partir del sensor de corriente hall, y del estimador matemático de velocidad de la máquina, basado en los datos obtenidos por los ensayos de vacío, cortocircuito y de inductancia, llevados a cabo en los motores de máquinas herramienta a los que va destinado este proyecto.
Es decir, se realimenta Intensidad al PI que regula el par, y velocidad estimada al PI que regula velocidad.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 20:36

Cita de: Chapulino en 21 Julio 2018, 19:32

hay alguna pantalla económica que se pueda adaptar a la placa de la versión anterior,

En principio, las pantallas que tengo previsto soportar, son:
Pantallas tecnología TFT:
gen4-uLCD-24PT
gen4-uLCD-28PT
gen4-uLCD-32PT
y pantallas OLED:
uOLED-160-G2
Todas ellas se pueden usar en las placas actuales, con una sencilla actualización de software que ye he implementado.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Pathfinder en 21 Julio 2018, 20:37

Si ves peros en el uso de trifásicos en las condiciones que dices, yo personalmente sí que estaría interesado en conocerlos, puesto que a nivel de hobby seguramente más de uno comeremos imprudencias o errores por la falta de conocimiento que un profesional tiene. Y si hay consecuencias negativas, creo que con mayor motivo nos interesa estar atentos.

Aumque mi petición, solo si te interesa comentarlo, pues tu hilo va sobre otros asuntos.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Xanito en 21 Julio 2018, 20:44

👍

Sí, me expresé mal, me refería a que el lazo lo cerrase un encoder.

Es pura curiosidad. Yo trabajo en ascensores, y una reforma muy típica que me toca hacer es el cambio completo de la maniobra de control.

Cuando ésta es con variador, hasta hace unos años nunca poníamos encoder, y la regulación la hacía bien. De unos años para acá siempre me toca acoplar un encoder, cosa que me fastidia bastante, no suele ser fácil, pero lo cierto es que con él la confortabilidad de uso es mucho mejor y a la larga da muchos menos problemas, con la misma maniobra y variador.

Y trabajo para una multinacional, con muchos ingenieros.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 21:02

Cita de: Xanito en 21 Julio 2018, 20:44

Y trabajo para una multinacional, con muchos ingenieros.

jajaja bueno, yo también soy ingeniero industrial, e ingeniero técnico industrial, e incluso FP2 y FP1. No voy a denostar el trabajo de tus compañeros ingenieros, que seguro que son unos grandes profesionales.
Lo que hace vuestro encoder, en cuanto a medir la velocidad, yo lo hago con un estimador matemático basado en pura ingeniería eléctrica y los resultados de ensayos de máquinas. Si además usáis el encoder para conocer la posición exacta, entonces no hay más remedio que ponerlo, claro. Bueno, también hay estimadores de posición, pero lo lógico en un ascensor es un encoder, por su precisión.

También tengo que agradecer la ayuda de mi hermano, que es Doctor Ingeniero Industrial, y profesor especializado en control de máquinas eléctricas, en la Escuela Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid, con multitud de publicaciones y patentes internacionales sobre control de máquinas, y que me resuelve cualquier duda en cinco minutos.

Entre unas cosas y otras, el proyecto emplea las técnicas más avanzadas de regulación y control, y esa es una de las razones por las que me gusta tanto.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Julio 2018, 21:04

Cita de: Pathfinder en 21 Julio 2018, 20:37

Si ves peros en el uso de trifásicos en las condiciones que dices, yo personalmente sí que estaría interesado en conocerlos

Te he enviado un mensaje privado, con mi opinión sobre este asunto. Son simples valoraciones personales.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Xanito en 21 Julio 2018, 21:26

Ya suponía que eres ingeniero. ;D

De tu placa de control he leído maravillas.

Hace poco que me he hecho con un cabezal de BF 20, Y todavía no tengo claro qué acabaré haciendo con él. Parece que con tu placa los motores no se queman, tampoco creo que vaya a hacer un uso muy exigente de la misma...

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: -Eduardo- en 22 Julio 2018, 03:14

Buen proyecto pero hay cosas que no entiendo, como el micro "sabe" las rpm, con sensor de efecto hall?. El software seria algo parecido al control PID de arduino?. https://www.youtube.com/watch?time_continue=60&v=9-YSBd1G6VA (https://www.youtube.com/watch?time_continue=60&v=9-YSBd1G6VA). La tensión la controlas por PWM  o la subís y bajas de acuerdo al requerimiento?. Podrías subir el circuito?.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 22 Julio 2018, 08:19

Cita de: -Eduardo- en 22 Julio 2018, 03:14

Buen proyecto pero hay cosas que no entiendo, como el micro "sabe" las rpm, con sensor de efecto hall?. El software seria algo parecido al control PID de arduino?. La tensión la controlas por PWM  o la subís y bajas de acuerdo al requerimiento?. Podrías subir el circuito?.

Hola Eduardo,
la velocidad de un motor de continua es linealmente dependiente de la corriente consumida, por lo que conocida ésta, y realizando algunos ensayos a los motores (Ensayo de Vacío y de Cortocircuito), se puede determinar un Circuito Equivalente, a partir cual programar una pieza software con la que poder determinar la velocidad del motor, conociendo la corriente consumida. Esto es muy útil, ya que evita tener que usar un tacómetro tradicional.

El proyecto mostrado en mi página web personal:
https://sites.google.com/site/controlofmachines/PlacaPotenciaCC
es equivalente a éste, pero empleando dos chips atmega 328p (usados también en la plataforma Arduino) trabajando colaborativamente, a través de un bus SPI. Un solo chip no tenía potencia suficiente.

Sobre el uso del PID: En este tipo de proyectos, en vez de usar un PID, se elimina la parte D (diferencial) porque en control de máquinas genera inestabilidad en la regulación. Y se usan dos PI, uno dentro de otro, es decir, anidados.

Este no es un proyecto sencillo, del tipo de los mostrados en la plataforma Arduino, los cuales están orientados al aprendizaje de electrónica.
Este es un proyecto de ingeniería avanzada de control, unos cuantos pasos más allá de los típicos proyectos de esa plataforma.

Conste que el entorno Arduino me encanta, y tengo varias de sus placas, con las que estoy enseñando electrónica a mi sobrino. Pero cada cosa es para lo que es. Arduino utiliza un buen chip pero muy sencillo, que enseguida se queda pequeño en proyectos avanzados de control de máquinas.

La salida PWM se gestiona como resultado de las regulaciones PI: Si los reguladores deciden que hay que subir la tensión continua en bornes del motor de continua, entonces el software aumenta el tiempo de conducción del semiconductor de potencia (un IGBT), para subir la tensión media a la salida, es decir, en bornes del motor. Y viceversa. Es el funcionamiento estándar de control PWM.

No voy a publicar algunos detalles como el esquema eléctrico completo, etc, que además no te serían útiles ya que todo este proyecto es un diseño específico, que no encaja con el uso de plataformas estándar como Ardunio. Para evitar malas interpretaciones, en la portada de mi página web describo la política general sobre lo que publico y lo que no, y la sigo siempre:
https://sites.google.com/site/controlofmachines/home

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: .guibaza en 22 Julio 2018, 09:16

Buenos dias. Pensaba que sabia algo de motores pero ahora se que no se nada. Esta pla ca esta pensada para motores de hasta 900 watios para motores de 2cv todavia no.?  UN saludo.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 22 Julio 2018, 09:47

Hola,
el diseño del sistema de control sería esencialmente el mismo para un motor de 1CV que de 2CV. Pero habría que modificar algunas cosas en la placa PCB:

- El ancho de las pistas, o su espesor (se pueden encargar placas con pistas de cobre más gruesas que el estándar) de forma que sea capaz de conducir la corriente eléctrica que implica esa potencia, y hacerlo sin calentarse.

- Cambiar el sensor Hall de corriente. Con el fin de obtener la máxima precisión posible, al elegirlo, se ajusta el rango de medida del sensor, a la corriente máxima esperada. El sensor actualmente empleado en esta placa está diseñado para medir hasta 5 Amperios, y a partir de ahí, se satura y no incrementa el valor de la medida. Habría que substituirlo por el siguiente modelo de este sensor, que es para 12 amperios (no hay otros modelos intermedios).

- El diodo de libre circulación, que protege al IGBT cuando el motor pasa a funcionar como generador (por ej. en una deceleración muy brusca) habría de ser recalculado. Este diodo cortocircuita el motor cuando éste pasa a funcionar como generador, para descargarlo. Esto implica corrientes altas, que hay que analizar con cuidado, ya que calientan el diodo muy rápidamente.

- Habría que revisar el diseño del filtro EMC, en particular la inductancia.

- El IGBT de potencia está muy sobredimensionado, y podría gestionar el motor sin problemas.
- El puente de diodos actualmente empleado, creo que también serviría.

De todas formas, en máquinas relativamente grandes, mucho más voluminosas, se pueden emplear otras soluciones.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: .guibaza en 22 Julio 2018, 10:09

Gracias. Soy aficionado y esto me viene muy grande tendre que recurrir al variador. aunque tengo un  chinito y cuando tenga tiempo me lo planteare para  probar. Un saludo.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Hugo Turn en 22 Julio 2018, 11:57

Hola Valen

Te felicito por todo el trabajo que haces. Mucho rigor técnico y muy buena realización de los proyectos.
Estuve mirando tu web y realmente no tiene desperdicio.

Saludos
Hugo

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: -Eduardo- en 22 Julio 2018, 17:45

Gracias por la explicación Valent. A esa placa se le podría poner un segundo sensor?, la idea seria colocarlo sobre el carro transversal del torno (podría ser un potenciómetro lineal), para de esta manera tener una velocidad de corte constante cuando frenteamos. Quiero decir que aumente la velocidad a medida que nos acerquemos al centro y viceversa. Es solo una idea.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 22 Julio 2018, 21:29

Cita de: -Eduardo- en 22 Julio 2018, 17:45

A esa placa se le podría poner un segundo sensor?, para de esta manera tener una velocidad de corte constante cuando frenteamos. que aumente la velocidad a medida que nos acerquemos al centro y viceversa.

aunque la idea está muy bien, no tengo previsto incluir funcionalidades especiales. Cuando diseñé la versión actual de la placa, incorporé infinidad de funcionalidades, que luego he visto que no se han usado, y que complican la construcción, alargándola demasiadas horas.

En esta nueva versión, el objetivo principal es simplificar la placa, empleando para construirla el menor número de componentes posible, y manteniendo o mejorando la calidad de la regulación, pero sin funcionalidades adicionales.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 23 Julio 2018, 17:03

Cita de: Hugo Turn en 22 Julio 2018, 11:57

Mucho rigor técnico y muy buena realización de los proyectos. Estuve mirando tu web y realmente no tiene desperdicio.

Gracias Hugo,
El origen de estos proyectos fue la sensación de que en este mundillo de las pequeñas máquinas herramienta, faltaban cuatro placas electrónicas de calidad, que presentaran soluciones modernas a:

- Disponer de un tacómetro preciso, de amplio rango de medida y pantalla profesional (ya está bien de displays de siete segmentos, por favor). De ahí el uso de una pantalla OLED, de última generación.

- Cuarto eje, para una mesa giratoria, indexador, etc. con una intefaz moderna. Nada de pulsadores de teclas con etiquetas encima y un display de segmentos. De ahí la pantalla táctil y/o la app Android para el móvil vía Bluetooth,

- Placa de Potencia regulada, para motores de Continua. Lo que viene normalmente en las máquinas me parece una vergüenza. Se me cayó el alma a los pies, al ver el "truño" (perdón por la expresión) que me habían colado dentro de mi torno y de mi fresadora.

- Sistema CNC de 4 ejes...... con algo más que mach3, por favor! Aunque dibujo bien en AutoCAD 3D, me desenvuelvo correctamente en paquetes CAM, y manejo perfectamente los GCODES de forma manual, siempre tuve la impresión de que la mayoría de las veces estaba matando moscas a cañonazos.
Por ejemplo, para mecanizar el frontal de una caja de instrumentación tenía que haber una forma más rápida y sencilla, y que quedara igual de bien.
De ahí la idea de crear una app Android que permita llevar a cabo las operaciones básicas que suelo necesitar, sin necesidad de planificadores de movimientos como Mach3. También por eso, desarrollé pantallas táctiles para manejar en modo manual cada eje.

Antes de decidir implementar estos 4 proyectos electrónicos, estuve reflexionado sobre qué podía yo aportar a la solución.
Gracias al desempeño profesional de decenas de años sacando adelante proyectos muy tecnicos, de I+D o Innnovación tecnológica, algunos gigantes, había adquirido conocimientos que encajaban bien con los retos tecnológicos a solucionar. Y lo que no supiera, y tuviera que estudiarlo, también me vendría bien para mejorar mi cualificación profesional, algo que valoro mucho.

Una vez complete estos 4 desarrollos (unos pocos meses), incluyendo los manuales en Español e Inglés, daré por cerrada esta etapa. Pasará bastante tiempo hasta que me vuelva a plantear desarrollar una nueva placa electrónica desde cero. Es demasiado esfuerzo.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 24 Julio 2018, 12:21

Ajuste del tacómetro.
En esta placa se ha incluido la posibilidad de conectar un sensor de pulsos, para medir la velocidad de la máquina.
En las explicaciones del proyecto, se ha dicho que en el software incluido en el micro-controlador ARM Cortex M4, existe un estimador de la velocidad, que hace innecesario el uso de un tacómetro para la regulación del par y la velocidad de la máquina.
Entonces ¿por qué ahora hablamos de usar un sensor para medir la velocidad?

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/XqTrMS.jpg)

Diferencias entre velocidad estimada con el estimador matemático vs. velocidad medida con el tacómetro.
- La velocidad estimada por el estimador matemático es la velocidad de giro del eje del motor.
- La velocidad medida por el tacómetro, es la velocidad de giro del husillo de la máquina, donde se monta el plato de garras.
Para regular la velocidad, se necesita la velocidad del motor, pero para mecanizar, se necesita la velocidad del husillo. La relación entre ambas velocidades es la relación de poleas o engranajes que usamos en cada momento.
El software que se ejecuta en el micro-controlador ARM Cortex M4 no tiene forma de saber qué relación de poleas estamos usando, por lo que no es posible pasar de una a otra, de forma automática.
(En la placa actual, existen unos “jumper” para indicarle a la placa el juego de poleas, pero esa funcionalidad se ha eliminado en esta versión).

Hay que aclarar que esta funcionalidad es totalmente opcional. Se activa cerrando un “jumper”. Si no se activa, el tiempo que se dedicaría a gestionar el tacómetro, se reinvierte en tiempo de ajuste del par y de velocidad. Como vemos, unas funcionalidades influyen en otras, al existir un solo micro-controlador para hacerlo todo.
De todas formas, este ARM Cortex M4 es un dispositivo muy potente, al que le sobre tiempo para ejecutar todas estas tareas si inmutarse.
Finalmente decir que el tacómetro SOLO tiene como función mostrar la velocidad real del husillo en la pantalla, pero nunca participa en la regulación de la velocidad de la máquina.
La razón es que el estimador matemático es mucho más rápido que un tacómetro convencional, siendo capaz de entregar un nuevo valor de velocidad estimada, en cada ciclo de programa, aunque éste sea de muchos mega hertzios. Los tacómetros basados en pulsos, por el contra, solo pueden ofrecer un valor nueva, cada decenas o cientos de mili segundos, lo que lleva a regulaciones mucho más pobres.

Descripción de las imágenes.
Se muestra el entorno de prueba, destinado a ajustar la funcionalidad de tacómetro. como se ve, procuro mantener un entorno de trabajo limpio, ordenado y sencillo. Imprescindible para trabajar con profesionalidad.

En la imagen de detalle del plato:

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/923/jmI6ix.jpg)

se aprecia que se han colocado unos imanes de neodimio sobre él, con el fin de excitar a un sensor hall de pulsos.
El sensor hall está montado en la placa de color rojo.
Estos imanes son más grandes de los que recomiendo para un contaje preciso de los pulsos. En una etapa posterior usaré imanes de neodimio mucho más pequeños, de forma que cada uno cree un pulso de pendiente muy vertical, al pasar por delante del sensor Hall.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/KGi25X.jpg)

Vemos que la placa PCB con el sensor de pulsos está sujeto con una “tercera mano”, que compré en una tienda de artículos para joyeros, en el casco histórico de México DF. Uno nunca sabe dónde y cuándo acabará encontrando las cosas…  ;D

También se ve el computador, conectado a la placa de control de potencia, a través de un depurador de ST Microelectronics (aparatito blanco). A medida que vas probando cosas en modo "debug", vas modificando el software.

Finalmente, la pantalla TFT para mostrar los datos generados por el software que calcula la velocidad, y que posteriormente es enviado a la pantalla a través de la UART.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 21 Agosto 2018, 20:18

Velocidad del plato de garras, sin utilizar un sensor de pulsos.
A partir de la velocidad obtenida por el estimador matemático programado en el micro-controlador de la placa, se obtiene la velocidad del motor, la cual se usa en el proceso de regulación de la velocidad de la máquina.
Además, a partir de este dato, es posible obtener la velocidad en el plato de garras, simplemente dividiéndolo por la reducción que introducen las poleas.

He ampliado el proyecto, para incluir tres botones en la pantalla LCD destinada a mostrar la corriente consumida, y la velocidad de la máquina.

Si observamos las imágenes adjuntas, pulsando:
El botón de la izquierda, se muestra la velocidad del motor.
El botón intermedio, se muestra la velocidad del plato de garras, cuando usamos el set de poleas 1 (velocidad lenta).
El botón de la derecha, se muestra la velocidad del plato de garras, cuando usamos el set de poleas 2 (velocidad rápida).

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/924/cwNvuE.jpg)

Vemos que no hay sensor de pulsos conectado, pero muestra la velocidad del plato de garras...!



(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/922/Du6APH.jpg)

Detalle de los botones que permiten seleccionar el grupo de poleas que estamos usando.


Modificaciones realizadas.
Al estudiar las capacidades del microprocesador que lleva la pantalla, comprobamos que dividir la velocidad de del motor por la reducción del set de poleas que estamos usando, no es una tarea trivial.

La primera opción, que sería hacer que el microprocesador del display divida la velocidad estimada del motor, por la reducción de las poleas, y a continuación muestre en pantalla el valor obtenido, no es viable:

Resulta que este microprocesador es muy sencillo, y no soporta números decimales (en coma flotante, float). Además, los números enteros son de solo dos bytes. Estas limitaciones hacían que solo se pudieran mostrar incrementos de velocidad de 100 rpm, lo que considero inaceptable.

Por ello, ha habido que modificar el conjunto del proyecto, para que:
- Las reducciones de las poleas se modifican y almacenan en la pantalla LCD, mediante un menú adecuado.
- Al arrancar, la pantalla envía la reducción actualmente utilizada, a la placa PCB de control, a través de la UART.
- La placa envía la velocidad, dividida por esa reducción de las poleas.
- El display simplemente muestra los datos que recibe.

Intentaré subir un vídeo en breve, para mostrar lo bien que funciona.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 22 Agosto 2018, 11:36

Cambiar los valores de reducción de las poleas.
En este proyecto, se ha empleado como valor por defecto de la reducción de los juegos de poleas, las del torno Optimum 180x300 Vario. Pero, naturalmente, es posible modificar estos valores, para adaptarlos a nuestra máquina.

En la imagen mostrada a continuación, se detalla el proceso para modificar estos valores.

(https://imageshack.com/a/img923/5249/8v7eov.png)

Operativa para modificar el coeficiente de reducción de un grupo de poleas:
1) Se hace una pulsación larga sobre la cifra "Speed".
2) En la pantalla que muestra las reducciones, verificamos si queremos cambiar alguna, y en ese caso, pulsamos el botón correspondiente.
3) Introducimos en el teclado el nuevo valor de la reducción, con un máximo de dos decimales.

El pulsar la tecla "Enter", se almacena el nuevo dato, y se envía a la placa de control, para que comience a utilizarlo.

Recordar que cada valor de reducción de las poleas, está asociado a uno de los botones mostrados en la pantalla principal.
El motor, lógicamente, siempre tiene reducción 1. Sin embargo, se permite modificar este valor para necesidades particulares de cada usuario.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: pritt en 22 Agosto 2018, 17:47

Como siempre, una maravilla de trabajo y de explicaciones.

Respecto a lo comentado de los trifásicos: Desconozco los motivos de Valen, seguro que mucho más justificados que los que yo pueda dar, pero creo que para máquinas tan "pequeñas" y enfocadas evidentemente al "hobby", a veces el meter un trifásico y variador es como el matar moscas a cañonazos.

Eso por un lado, por otro, hablamos de máquina que rondan sobre los 1000 €, soliendo encontrarse algunas ofertas que los dejan sobre los 800: Invertir lo que cuesta un motor más variador es para considerarlo seriamente.

A eso hay que añadir que suelen ser máquinas que compramos los aficionados para "iniciarnos", con lo que de primeras el saber y asumir un cambio a trifásico + variador puede ser algo "traumático".

Por último suelen ser máquinas "de paso" que terminan por venderse y muchas veces se valora más el que tengan pocas modificaciones que el que tengan muchas mejoras.

Un saludo y perdón por "ensuciar" un poco el post.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 23 Agosto 2018, 08:16

Gracias Pritt,

Ajuste del estimador matemático.
ahora tengo que calibrar y ajustar el estimador matemático. Necesito medir la velocidad de giro del motor y la del plato de garras con dispositivo independiente. Usaré un tacómetro óptico. Empezaré el trabajo con uno sencillo que tengo hace años, y finalzaré el trabajo con un aparato de calidad profesional.

Problema a resolver:
El valor que proporciona el estimador matemático no tiene en cuenta todos los efectos que se producen en un motor de continua, como son el efecto de desmagnetización que produce la fuerza contra-electromotriz y el desplazamiento del eje neutro del campo principal, de todo lo cual:
- Disminuye el valor global del campo magnético de la maquina.
- Disminuye la fuerza electromotriz de la máquina.
- Disminuye indirectamente el rendimiento.
- Crea peligro de chispas en el colector.
- Aumenta las dificultades para realizar una buena conmutación.
- Aumento considerable de las pérdidas en el hierro al existir una mayor densidad de flujo.
- Desplazamiento del “plano o línea neutra”(plano en el que se anula el campo).
- etc.

Solución:
Por todo ello, el valor de velocidad que nos estima el Estimador Matemático conlleva un cierto error (digamos un 10%) que es fácil de minimizar, ya que la relación entre velocidad de la máquina y corriente consumida es lineal.
Esta relación sigue, además, una línea recta que pasa por cero (a cero corriente, cero velocidad). Por tanto, solo hay que ajustar ligeramente la pendiente de la recta, librándonos de determinar la recta de regresión Y/X por el método de los mínimos cuadrados.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/EpwR5z.jpg)

- Finalmente, verificaré que las reducciones de poleas que calculé a partir de los diámetros de las poleas, es correcta.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 23 Agosto 2018, 19:03

Comparación de medidas: Tacómetro óptico vs. Estimador Matemático.

En todas las fotos que se presentan a continuación, se muestran dos medidas: La del tacómetro óptico, y la del estimador matemático, en el display que hemos desarrollado para este proyecto.

En una primera aproximación, vemos que las lecturas de ambos sistemas (Estimador matemático y tacómetro óptico) ofrecen lecturas muy semejantes.
Para juzgar los resultados obtenidos, hay que aclarar que el tacómetro óptico que he tomado como referencia es un producto sencillo, que tiene su propia tolerancia.

Haré algunas pruebas y ajustes más, y daré por válido esta forma de medir la velocidad del plato de garras, sin usar un sensor de pulsos. En la pantalla de la placa de control, el valor de la velocidad es el de la línea inferior, con la etiqueta "Speed".

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/924/lR3G9b.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/922/QFqt5F.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/924/SP5zrg.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/AxoGMD.jpg)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 24 Agosto 2018, 12:58

Reflexiones sobre medir la velocidad con Estimador Matemático o con Sensor de pulsos.
(Estas reflexiones se refieren exclusivamente a tacómetros de un máximo de 4 pulsos/vuelta, y al estimador matemático desarollado en este proyecto)

Es posible medir la velocidad por dos métodos:
- Conectando un sensor de impulsos.
- Aprovechando el estimador matemático interno.

El primer método es más exacto, especialmente a alta velocidad. La ventaja del segundo método es que no necesita un sensor de pulsos.

Pros y contras de cada método:
A largo plazo, los sensores de pulso siempre son un problema, ya que se ensucian con virutas metálicas, etc. y pueden acabar dejando de funcionar. Por lo tanto, poder medir la velocidad sin usar un sensor externo es -objetivamente- una gran ventaja.

Por otro lado, los sensores de pulsos tienen conexiones eléctricas muy delicadas, que captan interferencias fácilmente, las cuales pueden llegar a distorsionar la medición real. Además, conllevan la existencia de tres cables entre el sensor y la placa de control, lo que complica la instalación y su mantenimiento.

Por el contrario, la medición de la velocidad basada en el uso del estimador matemático interno, evita estos problemas, ofreciendo una medida de velocidad estable y suficientemente confiable.

En realidad, su único inconveniente es que, al estimar la velocidad del motor, en lugar de la del husillo de la máquina, es necesario agregar botones en la pantalla, para indicar al sistema de control qué relación de poleas estamos utilizando.
Sin embargo, en máquinas pequeñas es normal que solo se use la velocidad baja, por lo que el botón solo tendrá que presionarse una vez.

¿Qué método es más preciso?
El método basado en tacómetro, es en general, más preciso. Sin embargo, es difícil instalar correctamente el sensor de pulsos, y es habitual ver sensores demasiado cerca o demasiado lejos de los imanes a detectar, produciéndose medidas erróneas. Toda instalación debería ser calibrada con un tacómetro óptico, pero desgraciadamente no es algo que se suela hacer.

A velocidades muy bajas, los tacómetros funcionan mal, porque reciben pocos pulsos por segundo, o lo que es lo mismo, reciben poca información. Sin embargo, a medida que se incrementa la velocidad, su precisión mejora notablemente, hasta llegar a los límites de medida del aparato.

Por otro lado, los estimadores matemáticas funcionan muy bien a velocodades bajas y medias, pero van perdiendo precisión a medida que aumenta la velocidad, ya que el núcleo magnético del motor va dejando de tener un comportamiento lineal, debido a la saturación que produce el flujo magnético.

Conclusión:
Como vemos, cada método tiene sus fortalezas y debilidades, aunque mi preferencia se decanta claramente por el uso de estimadores matemáticos.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 25 Agosto 2018, 16:34

Comparación de medidas: Tacómetro óptico vs. Sensor de pulsos.

Al igual que hemos verificado la exatitud de la estimación de la velocidad que hace el método del estimador matemático, también necesitamos verificar el funcionamiento cuando medimos la velocidad con un sensor de pulsos.

En las imágenes se muestra el sensor Hall empleado en esta prueba. También se aprecian tres medidas. Como vemos, las cifras obtenidas por el tacómetro óptico y el obtenido por la placa de control, son semejantes.

Aunque en las fotos no se puede ver, normalmente las medidas que ofrece un tacómetro basado en un sensor de pulsos, tienen cierta variabilidad, por lo que si no hacemos nada, se producirá un efecto de parpadeo continuo de la cifra mostrada en el display. Para evitarlo, se aplican varias técnicas, como el filtrado paso-bajo software de este dato, o la histéresis.

Ahora, a la vista de los resultados obtenidos, decidiré los parámetros más adecuados para terminar de estabilizar la imagen en la pantalla, sin que pierda capacidad de modificación cuando la velocidad cambie significativamente.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/923/92twfT.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/923/87S4yY.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/924/UwEx2I.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/922/qfOUrn.jpg)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 02 Octubre 2018, 19:14

Ya está disponible la primera vesión del manual de la placa. Este es el enlace desde donde descargarlo:

https://1drv.ms/b/s!AhT-j3GeVZzjgapaUQep-BzrAjfUVg (https://1drv.ms/b/s!AhT-j3GeVZzjgapaUQep-BzrAjfUVg)

El texto está en inglés, pero pronto lo tendré en español.

Está completamente ilustrado con dibujos en 3D que me ha llevado mucho tiempo generar.

Espero que os guste.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 04 Octubre 2018, 15:31

Ya he terminado la versión en español del manual de la placa.

Éste es el enlace para la descarga:
https://1drv.ms/b/s!AhT-j3GeVZzjgapdc9OhOVceMekeCg (https://1drv.ms/b/s!AhT-j3GeVZzjgapdc9OhOVceMekeCg)

espero que os guste.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 05 Marzo 2019, 17:28

Paso a producción.
Por fin he podido finalizar el proyecto.  Trabajo como ingeniero en una fábrica, así que emplearé la terminología adecuada a esta situación:    ;D

Ha llegado el momento de pasar la placa, "a producción".

He encargado algunas PCB, he hecho acopio de materiales, y ahora toca la tediosa tarea de montar manualmente los componentes electrónicos.

El montaje de las placas se subdivide en tres fases:
- Motaje de componentes SMD (de montaje superficial).
- Montaje de componentes discretos de potencia.
- Revisión de funcionamiento, y ajuste si es necesario.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/924/4XtSKK.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/800x600q90/921/5RitCO.jpg)

Por tanto, el estado actual del estocaje, es el siguiente:
- Una placa-prototipo, totalmente funcional.
- Tres placas totalmente terminadas, y disponibles.
- Dos placas a la espera de la recepción de material.

He verificado que, en efecto, los tiempos de fabricación se han reducido enormemente, sobre todo, si fabricas varias placas a la vez y así el tiempo de preparación del entorno de trabajo se divide entre todas ellas.
Creo que en ese caso, el tiempo de montaje de cada placa será de unas dos horas y media, si todo va bien, y funciona a la primera, o los defectos son sencillos (como una soldadura de mala calidad, etc.)

Esta versión de la placa me encanta, ya que partía de un diseño de contrastada calidad y eficiencia, y esto me ha permitido disfrutar, dedicando el tiempo a otras cosas, como simplificar la electrónica, añadir nuevas funcionalidades, etc. Espero que a la mayoría le guste tanto como a mi....

En mi página web, he creado un repositorio con todos mis manuales, en español y en inglés:
https://sites.google.com/site/controlofmachines/descargas

De esta forma, ya no es necesario bucear por mi página web, buscando el que nos interesa.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: stylusptk en 06 Marzo 2019, 09:22

   Como siempre Valen, un placer leer tus post  .ereselmejor

   Gracias por el tiempo que le dedicas a explicarlo todo tan bien  .bien

Salu2

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: DominicZe en 06 Marzo 2019, 18:35

Me parece un gran proyecto!! enhorabuena!

Donde se puede adquirir esta placa?

Un saludo y gracias por compartir!

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 06 Marzo 2019, 23:06

Gracias a vosotros.

Hace ya años, construí mi propia página web, donde voy centralizando todo lo referido a estos desarrollos:
https://sites.google.com/site/controlofmachines/home

En ella se pueden encontrar más detalles de los diseños, ejemplos de uso reales, manuales completos de todos los desarrollos, con un email para cualquier pregunta.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 09 Marzo 2019, 15:16

Como es difícil decirlo todo por escrito, he preparado un vídeo demostrativo de lo que es capaz de hacer esta placa.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/924/NPxDA4.png)

En él muestro cómo funciona la placa, en directo. Para ello, la he conectado a mi torno Optimum 18x300 Vario, aunque el entorno más habitual de uso es el de las fresadoras de unas 850 vatios, tipo BF20, etc.

El algoritmo de control implementado en el micro-controlador, es capaz de ajustarse a motores de unos 500 vatios, como mi torno, o a máquinas de unos 850 vatios, como muchas de estas fresadoras. Para indicarle la potencia de nuestra máquina, solo es necesario cerrar/abrir un "pad" de soldadura, y reiniciar el equipo.

Esta placa PCB tiene las mismas medidas de las placas originales, y los taladros en la misma posición. También tiene una altura semejante, por lo que reparar una máquina, sustituyendo una placa original quemada, por la que presentamos aquí, es en una tarea trivial.

Éste es el enlace al vídeo, en mi canal de YouTube:

https://youtu.be/u_yUZXsPydo (https://youtu.be/u_yUZXsPydo)

Espero que os guste. Yo, por mi parte, tengo que agradecer a mi sobrino de 13 años, el trabajo al otro lado de la cámara.  :D

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 10 Marzo 2019, 11:50

Sobre el conjunto eléctrico-electrónico que acciona las máquinas herramienta para aficionados.
Es sabido por todos, la profunda insatisfacción que existe en el colectivo de aficionados a las máquinas herramienta, con la calidad de la electrónica y de los motores que se montan en estas máquinas.
Periódicamente, vemos hilos de personas que se quejan de que el motor se ha quemado, o que la placa electrónica ha dado un chispazo, y ha dejado de funcionar.
Debido a ello, se ha extendido la impresión de que los motores de corriente continua son un mal producto, o que al menos los que se montan en las máquinas son de ínfima calidad. Lo mismo ocurre con las placas electrónicas.

En el texto que viene a continuación, voy a intentar analizar este asunto, y cómo se puede solucionar. Parto del siguiente supuesto, que nace de lo que yo he experimentado con mi torno y mi fresadora:
- Las placas de potencia que controlan estos motores, son de muy baja calidad.
- Los motores de continua empleados son de calidad media-baja.

El motor de corriente continua.
En primer lugar, quiero romper una lanza en favor de los motores de corriente continua, como máquina en general. En algunos foros se les demoniza, y aunque hay quien piense que son lo peor de lo peor, y que por eso se mueren uno detrás de otro, esto no es cierto.
El motor de continua es una máquina muy noble, con un comportamiento previsible. No necesita sistemas electrónicos complejos para ofrecer unas prestaciones aceptables y es de coste muy reducido.
Efectivamente, son máquinas con cierta capacidad para auto-regularse, por lo que, en muchas aplicaciones, es suficiente alimentarlos con una fuente de tensión continua, para obtener los resultados esperados.

El caso de máquinas herramienta es un tanto particular, ya que sus necesidades son más exigentes de lo habitual: Requieren un par motor y velocidad constante, para que al comenzar a mecanizar, la velocidad del husillo se mantenga y así obtengamos un buen acabado. Sin embargo, esto no descalifica a los motores de continua para su uso en máquinas herramienta, simplemente necesitan de una alimentación regulada.

(Continúa en la siguiente página....)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 10 Marzo 2019, 11:50

¿Por qué se queman los motores de continua, en las máquinas herramienta?
Hay varias causas, no todas achacables a la baja calidad del motor. Veamos varias situaciones desgraciadamente muy comunes:

1) El motor da un chispazo, suena un ruido fuerte, y saltan los fusibles de la máquina e incluso las protecciones de la vivienda.
En muchos casos, la placa electrónica también se daña.
La avería es grave, y la reparación muy costosa en términos de dinero (aunque fácil de llevar a cabo).
Cuando saltan las protecciones, inmediatamente tenemos que pensar en que se ha producido una sobrecarga, es decir en un posible cortocircuito. Un motor se cortocircuita cuando sus bobinados pierden el aislamiento, quedando las espiras eléctricamente unidas.
Causa más probable:
Una utilización abusiva de la máquina, que ha sometido al motor a sobrecorrientes constantes, las cuales calientan los devanados más allá de sus límites aconsejables. Esto va degradando paulatinamente el barniz aislante del hilo de cobre de los devanados, hasta que pierde su capacidad de aislamiento, y se produce el cortocircuito.
A partir de aquí, deben actuar las protecciones de la máquina, cortando instantáneamente la alimentación, para intentar salvar la placa electrónica que alimenta el motor, que ahora está en riesgo de quemarse debido al cortocircuito franco al que la estamos sometiendo.
Desgraciadamente, muchas máquinas se entregan de fábrica con fusibles totalmente fuera de rango, muy sobredimensionados, que ni siquiera llegan a quemarse, y acaban actuando las protecciones de la vivienda. Esto ocurre, en mi opinión, porque algunos fabricantes emplean economías de escala, y montan los mismos fusibles a todas sus máquinas.
Soluciones:
Utilizar fusibles correctamente dimensionados. Si el fabricante incluyera fusibles de valores ajustados, no se podría sobrecargar la máquina, ya que actuarían inmediatamente.
(Por ejemplo, mi torno de 500 vatios se entrega con fusibles de 10 Amperios, cuando lo correcto sería fusibles de 5 Amperios).
Si posteriormente el usuario, bajo su responsabilidad, los cambia por unos de mayor amperaje para que no actúen tan a menudo, sería el responsable de la inevitable posterior destrucción del motor, que antes o después llegará.
También se puede diseñar una placa de control que no permita corrientes sostenidas en el tiempo, que pongan en peligro la máquina. Los fabricantes no lo suelen incluir ya que obliga a utilizar una electrónica más compleja y cara, por ejemplo, con un microcontrolador.

El usuario de la máquina herramienta se ha de concienciar de que una máquina para aficionados tiene unos límites claros que no se deben sobrepasar. Desgraciadamente, me he encontrado muchos casos de personas que me preguntan cómo eliminar estas “molestas” protecciones.

2) Se produce una destrucción de las escobillas del motor, del colector, o de ambas partes.
Cuando las escobillas o el colector de rotor se dañan, siempre es debido a las chispas que se crean durante la conmutación.
Debido a ello, se ha extendido la creencia de que estas partes del motor de continua son su gran punto débil, y que esto las incapacita para ser empleados en máquinas herramienta de cierta calidad.
En realidad, si la alimentación es correcta, y se controla bien la reacción de inducido del motor, la conmutación en el colector de delgas no da problemas. Los motores de continua, bien cuidados, con una alimentación correcta, duran muchos años, sin dar ningún problema.

3) Ruido grave de fondo, parecido al de un gran transformador.
Las placas electrónicas originales producen este efecto tan molesto en los motores a los que alimentan. En general, estas placas básicas montan un puente de tiristores y un diodo de libre circulación (algunas, incluso omiten éste último), o incluso usan puentes semicontrolados, totalmente contraindicados para este uso.
Causa más probable:
El puente de tiristores alimenta el motor con trozos de semiciclos, recortados de la onda sinusoidal de la red eléctrica. Es decir, pulsos positivos, de valor cambiante, a frecuencias bajas (50 Hz).
Estos trenes de pulsos cambiantes, a bajas frecuencias, generan un flujo de la misma naturaleza en el hierro de la máquina, que la somete a fuertes vibraciones de baja frecuencia, produciéndose ese zumbido tan molesto.
Soluciones:
La solución es sencilla, pero más cara: La placa electrónica ha de entregar una alimentación totalmente continua, para cualquier valor de alimentación. De esta forma el flujo magnético será constante y no provocará vibraciones en el hierro de la máquina. Es decir, la electrónica ha de ser más elaborada y por tanto, más cara.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 10 Marzo 2019, 11:50

¿Cómo soluciona este diseño, los problemas planteados?
1) La placa genera una tensión continua totalmente plana, para cualquier valor de alimentación.
Para ello se ha diseñado una “fuente conmutada” que opera a 10 kHz, que evita la más mínima vibración en el hierro, y tampoco provoca resonancias mecánicas.
Además, incluye un enorme condensador electrolítico, que actúa como estabilizador de la tensión y corriente entregada al motor, manteniendo los valores estables "aguas abajo", incluso antes grandes demandas puntuales.
Todo ello hace que la máquina herramienta sea muy silenciosa, siendo esta una de las grandes mejoras que ofrece.

2) Emplea un potente micro-controlador ARM Cortex M4, que permite incluir todo tipo de controles software.
Si la corriente consumida por la máquina supera los 5 amperios durante más de un cierto tiempo programado, la placa desconecta la alimentación, y obliga a reiniciar el equipo.
El objetivo es evitar que una utilización abusiva de la máquina sobrecaliente los devanados del motor, degradándolos. De esta forma evitamos que se lleguen a cortocircuitar, con los efectos anteriomente descritos.

3) El puente de tiristores usado en placas chinas, se ha sustituido por un IGBT de uso industrial, que se ha seleccionado muy sobredimensionado. De hecho, me consta que es capaz de gobernar motores del doble de potencia que el de las típicas fresadoras para aficionados, y que además es capaz de hacerlo en las peores condiciones de inductancias parásitas, etc.
Este IGBT, conmutando a 10 kHz, genera una onda rectangular de gran calidad que, en conjunción con el enorme condensador electrolítico, aplican al motor una alimentación continua, totalmente plana.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 01 Abril 2019, 18:18

Distribución en bloques de la placa.
El diseño de la placa está totalmente condicionado por la necesidad de ser compatible con las placas de potencia que se montan en las máquinas herramienta más habituales (Fresadoras y tornos alemanes y chinos).
Por ello, las dimensiones de alto, largo y ancho estaban prefijadas. Además, por simplicidad, se han colocado los conectores en la misma posición que en las placas originales.

Como novedad, en esta versión he incluido el filtro EMC contra el ruido eléctrico, dentro de la propia placa. Esto no se incluye en las placas chinas, lo que obliga llevar a cabo un cableado engorroso.

En las imágenes que se muestran a continuación, se ven tres zonas:

- Filtro EMC.
- Circuito de Potencia.
- Circuito de Control.

1) El filtro EMC evita que el ruido eléctrico, producido por la conmutación de los diodos del puente rectificador, y la conmutación del IGBT, pueda llegar a la red eléctrica general, y lo que es aún más importante, que pueda entrar en el circuito de mando, alterando su funcionamiento.
Este filtro emplea tres condensadores de polipropileno (los mejores y más caros....) junto con una bobina (choke) que en conjunto, conforman un filtro de gran calidad. La placa tiene un conector de "tierra" (típico cable verde y amarillo) que es necesario conectar para mejorar el funcionamiento del filtro.

2) El circuito de control está construido con componentes SMD (de montaje superficial) y un micro-controlador ARM Cortex M4 de 32 bits, que implementa todos los algoritmos de control que hemos descrito en este hilo.
Esta zona de control está eléctricamente aislada del resto de la placa, y se relaciona con el circuito de potencia mediante componentes aislados:
- Un driver de IGBT.
- Un sensor Hall de corriente.
- La fuente de alimentación de 3,3v
De esta forma, cualquier problema en la zona de potencia quedará siempre aislado, no pudiendo llegar a la zona de control, que es desde donde el operario maneja la máquina herramienta.

3) La zona de potencia incluye un condensador electrolítico de gran tamaño, que garantiza la estabilidad de la corriente y la tensión "aguas abajo", en el motor. También incluye un sistema de conmutación de la onda continua, mediante un IGBT y un diodo de potencia de libre circulación. El IGBT va protegido frente a picos de conmutación, por un condensador de polipropileno. Finalmente, incluye una pequeña fuente que, a partir de los 316v del condensador electrolítico, obtiene 15v para alimentar el driver del IGBT.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/923/wttVMH.png)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/924/ANBM2U.png)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 02 Abril 2019, 20:15

Ruido generado por la máquina, antes y después de instalar esta placa de control.
Rebuscando entre los vídeos de mi canal en Youtube:
https://www.youtube.com/channel/UCFWVbpkuHroVm2BXEySvLvA
he encontrado material para poder comparar cómo suena el motor con la placa original, y con la nueva placa de control.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/923/U3xYOz.png)

Vídeos comparativos:
He encontrado el vídeo que grabé al comprar el torno Optimum 180x300 vario, con la máquina totalmente original:
https://www.youtube.com/watch?v=nIRhHe-OrRY (https://www.youtube.com/watch?v=nIRhHe-OrRY)

Y he grabado uno equivalente, con la nueva placa instalada:
https://youtu.be/EGJxneRBkHI (https://youtu.be/EGJxneRBkHI)

Como se ve, la mejora es espectacular....  ;D

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Chapulino en 06 Mayo 2019, 22:12

Yo tengo la versión anterior de la placa y la he montado pues quiero mejorar la fresadora ahora que es CNC
hoy he realizado pruebas con el control original y con el de Valen.

Obviamente no tengo un laboratorio para hacer mediciones precisas y la única herramienta ha sido un medidor de Decibelios de la tablet.

En primer lugar se nota como el zumbido eléctrico característica de los motores de reste tipo desaparece y llega a ser inapreciable.
En la velocidad mas baja , esto se traduce en una reducción de casi 10 decibelios de 40 DB aprox a mínimas revoluciones con la placa de Valen a casi 52 con el control original de la fresadora .
a media velocidad y máxima , la verdad es que ya no se aprecian grandes diferencias , pues el ruido mecánico de la fresadora, (la mía esta modificada con poleas) hace que no se puedan apreciar grandes diferencias.

Otra cosa que he notado es que en cualquiera de las dos sentidos con la placa de Valentín , alcanzo el máximo de revoluciones , mientras que con el control original de la BF en contramarcha . la velocidad máxima se reduce mucho , no es algo critico , pues es raro utilizar la fresadora en contramarcha a mucha velocidad  pero da una idea de lo bien que efectúa la electrónica el control del motor , ajustándose a los dos sentidos.

Os dejo un pequeño vídeo , Gracias Valentin.

https://www.youtube.com/watch?v=le7Rd7Pmn8A&feature=youtu.be

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 06 Mayo 2019, 22:34

Gracias por el vídeo,
las fresadoras son bastante ruidosas debido a los rodamientos, engranajes (si los lleva).... La mía también la transformé a poleas (gracias Wels) y aún así hace más ruido del que yo quisiera. Eso me ha llevado a que casi siempre utilice un cabezal de fresado rápido Proxxon BFW 40/E, que no hace ni el más mínimo ruido, y es suficiente para los materiales blandos (resina de poliuretano, aluminio) con los que yo trabajo habitualmente.

La placa trabaja a una frecuencia conmutada de 8-10kHz, que elimina completamente la resonancia mecánica en el hierro del motor, debido al flujo magnético variable. La alimentación de tensión continua pura hace que el movimiento del motor sea tranquilo a cualquier velocidad de giro, sin vibraciones.

El ruido eléctrico es el que se escucha a velocidades bajas (zumbido nulo), porque al subir de velocidad, lo que predomina es el ruido mecánico, que no tiene nada que ver con la placa.

Otra ventaja de esta placa es su mejor regulación del par y de la velocidad, respecto de la placa original china. Esto se debe al uso de micro-controladores que implementan modernos algoritmos de regulación y control, en vez del sistema usado en la placa china, que utiliza un sencillo amplificador operacional.

Además, la placa protege al motor, desconectando el funcionamiento si se está haciendo un uso abusivo de la máquina durante varios segundos. Si no lo hiciera, el motor se acabaría quemando, y detrás de él, caería también la placa.

Esto muy contento con este diseño. En todos los años que lleva funcionado, nunca se ha quemado ninguna placa en el uso habitual, incluso mecanizando acero duro durante horas. Solo he visto incidencias por cortocircuitos accidentales.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: jym en 30 Mayo 2019, 10:51

Hola buenos dias. Me preguntaba si su placa me podria servir para el motor que le adjunto en una foto. Se trata de un motor que se usa en las maquinas de andar.

He oido de su post, a traves de un hilo que yo he creado, porque me hace falta saber que motor, o que puedo usar para un aparato que tengo hecho, Le traslado el hilo y si es usted tan amable de verlo e indicarme desde su punto de vista, se lo agradezco.

https://foro.metalaficion.com/index.php?topic=32729.45

Gracias y un saludo

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 30 Mayo 2019, 11:22

Sí, en principio, la placa se puede usar para ese motor. Según veo en la placa de características, es un motor de corriente continua con estátor de imanes permanentes, de 180 Voltios de tensión nominal, 6,3 Amperios de corriente máxima nominal, y velocidad máxima 5200 rpm. 

El software del micro-controlador de la placa está programado para que, si se supera un consumo de 5 amperios durante más de 5,5 segundos, se desconecte, y te oblique a reiniciar. Se trata de proteger al motor.

La placa de características de la imagen indica que puede consumir hasta 6,3 amperios, pero eso sería a máxima carga, así que se podría ampliar este parámetro, si se considera necesario.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: ManArt CNC en 30 Mayo 2019, 13:26

Un proyecto excelente.Gracias por tus aportes.
Saludos.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 01 Junio 2019, 10:43

El motor de cada máquina tiene sus propios requisitos. Opciones de configuración.

Cada usuario tiene sus requisitos para sus máquinas herramienta. Existe una gran variedad de máquinas alemanas, chinas, etc. que se distribuyen bajo diferentes marcas, pero que en esencia son muy parecidas.
Hasta 1.000 vatios, todas ellas emplean motores de corriente continua, con estátor de imanes permanentes. Esta es una decisión que considero correcta, ya que mantiene la máquina herramienta en unos precios razonables, y utiliza una electrónica sencilla, de pequeño tamaño, más barata que otras soluciones.

Cuando decidí implementar esta nueva versión de la placa de control de potencia, incluí unos "pads" de soldadura, que permiten configurar su comportamiento.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/640x480q90/923/2AmdpZ.jpg)

Sgún se ve en las imágenes, hay 4 pads de soldadura:

- Opt1: Activa el tacómetro basado en sensor de pulsos, como un sensor Hall.
- Opt2: Indica si el sensor de pulsos trabaja con 1 pulso por vuelta o con 4 pulsos por vuelta.
Aunque esta placa es capaz de ofrecer un tacómetro basado en un sensor de pulsos tradicional, realmente se recomienda hacer uso del estimador matemático de la velocidad que hace uso del modelo equivalente del motor que se ha programado en el micro-controlador, y que es capaz de estimar la velocidad con una precisón asombrosa, sin necesidad de cableados ni sensores externos.

- 800w: Indica si el motor que vamos a conectar es del rango aproximado de los 550 vatios, como el torno Optimum 180x200 Vario, o si el motor es de unos 850 vatios, como la fresadora Optimum BF20 Vario y su equivalentes en otras marcas.
Lo que hace el pad, es decidir qué modelo matemático de motor y qué parámetros de los reguladores PI se van a cargar. Aunque al final todos los valores disponibles son capaces de regular cualquiera de estos motores, si le indicamos a la placa el rango de motor que vamos a usar, facilitaremos una regulación más precisa y rápida.
En la imagen, la placa está configurada para ser usada en una fresadora BF20, u otra máquina de potencia semejante (torno o fresadora, eso da igual).

- Custom: Se incluyó para cargar opciones a gusto del usuario de la placa. Por ejemplo, si usa una fresadora Fresadora Helfer FV25-V, los parámetros se pueden ajustar a su motor, de 1000 vatios, para obtener un funcionamiento más preciso.

¿Cómo se consigue esto, en el software?
Normalmente, se crea un fichero de configuración "header", que contiene los parámetros de cada caso, y cuyos valores se seleccionan durante el arranque de la máquina.

(https://imagizer.imageshack.com/v2/1024x768q90/924/zO34XE.png)

Curiosidades:
En la imagen de detalle de la placa, se aprecian otros muchos detalles interesantes:

- Anagrama "ARM" sobre el micro-controlador: Esta es la arquitectura de micro-controladores que utilizan casi el 90% de los sistemas embebidos.(De ahí el daño que le hace a Huawei que ARM le haya prohibido usar chips con su arquitectura, mucho más grave que no poder usar Android).

- Conector hembra de 10 pines: Se utiliza para cargar el programa en el micro-controlador, y para hacer procesos de depuración, ya sea por el método tradicional de puntos de ruptura, o por el mucho más moderno, de depurar sin parar la ejecución del programa.
Esta moderna característica incluida en ARM posibilita depurar placas como la de este proyecto cuyo software, debido la las transformadas de Laplace y transformadas en Z, no trabaja en el mundo real sino en un mundo imaginario, que solo existe si el tiempo de ejecución del programa es fijo.

- Conector "Tachometer": Aunque la placa no lo necesita para saber la velocidad de la máquina, es posible conectar un sensor tradicional. Sin embargo, el método recomendado es valerse del circuito equivalente programado en el software, para obtener una velocidad estimada suficientemente precisa, sin conexiones externas.

- Conector "Potentiometer": Aquí se conecta cualquier potenciómetro lineal de unos 4,7 kilo ohmios, y ya podemos regular la velocidad. Es importante resaltar que ha de ser "lineal" ya que se venden muchos potenciómetros "logarítmicos" para el control del volumen de los sistemas de audio. El valor de 4,7 kohms sólo es indicativo, en realidad se puede emplear cualquier valor de varios kilo ohmios.

- Etiqueta "Optocoupler": Es el driver del que dispone el circuito de control para disparar el IGBT de potencia que alimenta el motor. De esta forma, si se avería el IGBT, no puede dañar al circuito de control.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 10 Agosto 2019, 11:19

Opciones de placas y Tipos de pantallas.
Todos hemos expermientado alguna vez un susto por el precio que tienen los componentes electrónicos y las placas electrónicas en general, sobre todo aquellas que tienen un uso tan específico como el CNC, el control de motores, etc.
Uno de los objetivos principales del desarrollo de esta versión de la placa, es el de lograr la máxima simplicidad y por tanto economía, manteniendo o mejorando sus parámetros de funcionamiento.

¿Pantalla sí o pantalla no?

Un caballo de batalla en este diseño era qué hacer con la conexión de pantallas, que se usan para indicar la velocidad de giro de la máquina o la corriente consumida. La realidad es que solo un 30% de las placas se acaban usando con pantalla, ya que muchas máquinas incluyen su propio tacómetro que puede serguir usándose, con el consiguiente ahorro económico.

Por ello, y dado el elevado precio que tiene el Convertidor dc - dc que habilita el uso de pantallas en esta placa:
https://es.rs-online.com/web/p/convertidores-dc-dc-aislados/7065445/
decidí que solo se monte si se pide específicamente que la placa esté preparada para usar una pantalla.

Tipos de pantalla soportados.
Una vez decidido el uso de pantalla, disponemos de dos modelos:

Pantalla OLED.
Ya estaba disponible en la versión anterior de la placa. Tiene un contraste inigualable, aunque su tamaño es reducido. No es táctil, por lo que no admite ser usada como interfaz de usuario para introducir datos, por lo que solo se puede usar si vamos a medir la velocidad con un sensor de pulsos.

Pantalla Táctil.
Es la recomendada en esta versión de la placa.
Está disponible en tres tamaños, todos ellos mucho más grandes que la pantalla OLED, aunque su contraste no sea tan perfecto.
Al ser táctil, se ha podido usar como interfaz de usuario para la introducción de parámetros. Esto a permitido usarla para mostrar la velocidad de la máquina a partir del estimador matemático de la velocidad, evitando el uso de sensores de pulsos.

Comentario:
No es posible comprar una de estas pantallas, conectarla, y que comience a funcionar. Es necesario cargar un firmware desarrollado por mi, que establece la comunicación entre la placa PCB y la pantalla, para intercambien datos.

En las imágenes mostradas a continuación, de izquierda a derecha, se ven las tres posibilidades: Pantalla OLED, Pantalla Táctil (Tamaño intermedio), Sin pantalla ni Convertidor dc - dc.


(https://imagizer.imageshack.com/v2/1024x768q90/922/Y3yGiR.jpg)

(https://imagizer.imageshack.com/v2/1024x768q90/922/s3XwcU.jpg)

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 12 Agosto 2019, 22:28

Funcionamiento en el torno Optimum vario 180x300

Una persona me pidió un vídeo para ver cómo funcionaba el conjunto, y verificar si había algún tipo de vibración, ruido, etc.

Le grabé este vídeo:
 https://youtu.be/PcKOBF8EKtA

en el que creo que se muestran muy bien las bondades de esta placa, y las de la pantalla.

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 03 Enero 2020, 09:57

Un usuario de República Checa me ha enviado dos vídeos, en los que se ve la mejora obtenida en su nuevo torno
https://shop.metallbau-mehner.de/en/lathe/OPTIturn-TU-2304V::307.html (https://shop.metallbau-mehner.de/en/lathe/OPTIturn-TU-2304V::307.html)

al cambiar la placa original, por esta nueva placa:

Lathe with old regulator: (funcionaliento original)  :o
https://www.youtube.com/watch?v=HRooR3GkRgc (https://www.youtube.com/watch?v=HRooR3GkRgc)

Lathe after upgrade to new regulator: (funcionamiento con la actualización)  .palmas
https://www.youtube.com/watch?v=jw9GVChc37E (https://www.youtube.com/watch?v=jw9GVChc37E)
Works great! And it's finally silent machine on low rpm.


La verdad es que me sigue maravilando que los fabricantes de tornos y fresadoras equipen sus productos con placas electrónicas tan malas....  ;D

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: stylusptk en 03 Enero 2020, 20:41

   La verdad es que la diferencia es asombrosa  .ereselmejor .ereselmejor

   Sera cuestion de que alguien, te presente a alguien, que conoce a alguien, que trabaja para alguien, que hace los pedidos de esas placas de China del Sur...

   Salu2

Título: Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
Publicado por: Valen en 08 Enero 2020, 13:35

Cita de: stylusptk en 03 Enero 2020, 20:41

   La verdad es que la diferencia es asombrosa.
   Sera cuestion de que alguien, te presente a alguien, que conoce a alguien, que trabaja para alguien, que hace los pedidos de esas placas de China del Sur...

jajaja gracias. La verdad es que no sé si les interesaría montar placas algo más caras (el hecho de llevar un micro-controlador y tener que programarlo sube los costes), porque tampoco se ve que haya muchas quejas. si es que los usuarios de máquinas somos muy sufridos....
Pero es una pena, porque estas máquinas están suficientemente bien desde el punto de vista mecánico. Pero la electrónica es para echarse a temblar.  :o
Con una buena electrónica como la que se presenta en este hilo, las máquinas quedan muy decentes.