Co by było gdyby...

[Windforce]

W moje lepkie łapki wpadła jakiś czas temu parka takich oto błyskotek:

 

 

Poczytałem PDF-y, podzwoniłem po mądrych ludziach, zmajstrowałem kabelki, podłączyłem do kompa i do zasilania, ustawiłem parametry i jakimś cudem nic nie zepsułem! Serwo działa! :)

Jest już późno i dziw że jeszcze nie śpię, ale tak sobie siedzę i dumam, co jeszcze by było trzeba zrobić pomijając mechanikę, aby to zaczęło wskazywać teleskopowi gwiazdy i śledzić planety? :)

[MarekM60]

Ładne.

Żeby odpowiedzieć na pytanie przydałaby się wiedza na temat:

1. Teleskopu (montażu)

2. Parametrów serwa i jego międzymordzia (ang. Interface, pl-ang. Interfejs)

:)

[Windforce]

Podobno te serwa były używane w jakimś robocie humanoidalnym :D , aktualnie po ?wyeksploatowaniu? były przeznaczone na złom, uratowałem je przed śmiercią. Mam nadzieję że mi się jakoś odwdzięczą ;)

 

Te maleństwa łączą w sobie potężne (bo aż 40-watowe) bezszczotkowe silniki DC i planetarne przekładnie 110:1 o wyjściowym momencie obrotowym do 6 Nm. Serwa posiadają 3-kanałowe enkodery inkrementalne o rozdzielczości 4000 impulsów/obr przed przekładnią, co daje niesamowite 440 tys. impulsów na obrót na wyjściu serw. Sterownik posiada międzymordzie :) na USB, można kontrolować wszystkie parametry pracy serwa przez komputer, a po dorobieniu kabelków do interfejsów I/O na sterowniku, można szeregowo podłączyć kilka sterowników z osobnymi silnikami. Sampling pozycji serwa odbywa się z częstotliwością 1 kHz, a częstotliwość sygnałów enkodera może wynosić do 1 MHz (kwestia odpowiednio wykonanej przewodologii między serwem a sterownikiem). Póki co serwo bezproblemowo pracuje przy prędkościach do 7000 rpm. Przy napięciu zasilania 20 V i maksymalnym prądzie 1200 mA, nie ma żadnej siły która spowodowałaby choćby jedno kwęknięcie silnika. Gdyby nie spory backlash przekładni, bądź co bądź przeznaczonej do pracy z dużymi prędkościami i obciążeniami, system dawałby dynamikę i precyzję pozycjonowania porównywalną z topowymi systemami Direct-Drive.

 

Ech, złomować takie rzeczy..?

[MarekM60]

No to tylko zrobić do nich ATM-owy montaż i sterownik.

 

[Windforce]

Chyba będę z tego tworzył montaż Alt-Az do Dobsona :)

 

 

Cosik sobie już nawet nabazgrałem w 3D...

[Windforce]

W ostatnich dniach ostro walczyłem z serwami, gdyż w odróżnieniu od krokowców, wymagają one wręcz tytanicznej pracy włożonej w odpowiednie dostrojenie parametrów pętli sprzężenia zwrotnego, czyli tzw. algorytmu PID. W zamian za to dają niesamowite możliwości kontroli osi. Ale po kolei... :)

 

Pomimo, że po pierwszym, właściwym podłączeniu kabelków silniczki zakręcą się, nie oznacza to, że cały system serwonapędu działa wtedy optymalnie. Bez odpowiednio ustawionych parametrów P, I, D, sterownik serwa "nie wie", jak właściwie kontrolować silnik. Wartości P, I, D, czyli proporcjonalno-całkująco-różniczkujące ;) pozwalają kontrolerowi silnika odpowiednio dozować impulsy korygujące dany parametr, na podstawie na bieżąco mierzonego błędu względem zadanego parametru. Serwonapęd to system skomplikowany, w którym kontrolowane są jednocześnie aż trzy parametry, a mianowicie moment obrotowy, prędkość obrotowa oraz pozycja wałka silnika. Dla każdego parametru trzeba dobrać inny zestaw wartości P, I, D. Żeby było trudniej, modyfikacja wartości w jednym parametrze ma wpływ na kontrolę pozostałych parametrów!

 

Co gorsza, w praktyce nie istnieje żaden wzór matematyczny na poprawne wartości PID. Każdy serwonapęd jest systemem elektromechanicznym, na który nie istnieją "gotowe" wzory czy modele. Za to wpisywanie parametrów "na pałę" kończyło się wpadaniem silnika w oscylacje, piszczeniem, burczeniem, drganiami, czasem silnik nie kręcił się wcale, a czasem "zawieszał się" na pełnej prędkości, co wymagało restartu kontrolera. I tak w kółko.

 

Po wielu godzinach systematycznej pracy okiełznałem serwo na tyle, że teraz:

 

- utrzymuje zadaną prędkość obrotową w zakresie od 1 do 8000 rpm z dokładnością lepszą niż 1%.

- ustala zadaną pozycję z dokładnością do 1 impulsu enkodera w zakresie od +/- 1 impulsu sterującego do wartości trudnej do opisania słowami ;)

- ustala zadaną pozycję w zakresie od +/- 1 do kilkuset impulsów w ciągu zaledwie 2-3 ms

- jest stabilne w szerokim zakresie przyspieszeń od 100 do 30 tys. rpm/s2.

- pozwala się kontrolować z poziomu programu, t.j. wpisuję prosty program na zasadzie "pętla: zmień pozycję o 1 krok w prawo, czekaj 50 ms, zmień pozycję o 1 krok w prawo, czekaj 50 ms, itd. itp" czym wynikowa i stabilna prędkość obrotowa może zostać rozszerzona w dół do nawet 1 obrotu na kilkanaście minut.

 

i o to chodziło.

 

Potem czekał mnie kolejny ważny krok. Trzeba przecież połączyć dwa sterowniki i dwa silniki w symbiotyczną całość. W tym celu zaopatrzyłem się w konwerter szeregowy USB -> RS485, do którego można w praktyce podłączyć n sterowników z własnymi silnikami. Na szczęście ten etap odbył się bezboleśnie. Po odpowiednim skonfigurowaniu adresów na magistrali i prędkości przesyłu danych, można teraz kontrolować niezależnie obie osie. Dodatkowo, sterowniki podłączone na magistrali szeregowej pozwalają na pełną komunikację zwrotną, tj. mogą odpowiadać na zapytania o stan osi lub stan ogólny, czyli aktualną pozycję, prędkość, błąd do zadanej pozycji, aktualną czynność silnika, temperaturę sterownika i wiele innych, ciekawych parametrów, których jeszcze nawet nie poznałem. :) A oto, jakimś cudem działająca plątanina kabli:

 

 

Garść ciekawostek:

 

- Serwonapęd jest bardzo dynamicznym sposobem na kontrolę osi. Po uwzględnieniu przełożenia końcowego szacowana prędkość kątowa przy przewijaniu montażu może dochodzić do 30 stopni na sekundę.

- 1 impuls dla serwa jest jak najmniejszy mikrokrok dla silnika krokowego i jego sterownika. Jest to licznik kąta obrotu wałka silnika. W tym systemie, po uwzględnieniu przełożenia końcowego, szacuję że taki 1 impuls będzie wynosić ok. 1 milisekundy kątowej. Całkiem precyzyjny system.

- Poruszenie wielkim Dobsonem dla tego serwa to pestka. 6 Nm momentu obrotowego na wyjściu przekładni może wygenerować siłę kilkunastu kg na końcu tubusa teleskopu! Imponujace, zważywszy na fizyczne rozmiary tego serwonapędu i prędkości kątowe jakimi może on targać teleskopem.

- Serwo BLDC i jego sterownik posiadają wypadkową sprawność elektryczną rzędu 70-80% niezależnie od obciążenia. W praktyce oznacza to długotrwałą pracę bez dostępu zasilania zewnętrznego.

 

 

W zasadzie, teraz jest już droga otwarta do zaprogramowania napędu na bazie zewnętrznego mikrokontrolera.

[Alien]

Nie kumaju wszystkiego, ale widzę że szykuje się polskie ASA Dobson.

[Jacek E.]

Nie kumaju wszystkiego, ale widzę że szykuje się polskie ASA Dobson.

Są Wielcy i tyle - Nic dziwnego, że Polacy w te klocki - patrz łaziki marsjańskie i inne robotyczne konkursy to światowa czołówka 8)

Panowie SZACUN 8)

[Alien]

Tylko szkoda że w naszym kraju takich montaży się nie robi na pewno były by trochę tańsze, konkurencyjne dla ASA no i Nasze.

[Windforce]

Smaku całej zabawie dodaje fakt, że zamiast serw Maxona można równie dobrze użyć serwa Direct Drive na bazie silnika z enkoderem własnej konstrukcji. To też jest silnik BLDC.

[MarekM60]

Do PID-ów są algorytmy autotuningu. Ten problem jest już dość dobrze rozwiązany - wieczorem poszukam źródeł i podlinkuję.

[Windforce]

Do PID-ów są algorytmy autotuningu. Ten problem jest już dość dobrze rozwiązany - wieczorem poszukam źródeł i podlinkuję.

Byłoby fajnie gdybyś znalazł, zawsze jest warto nauczyć się czegoś nowego. :)

[MarekM60]

Zobacz na: http://brettbeauregard.com/blog/2012/01/arduino-pid-autotune-library/