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Donnerstag, 29. Januar 2004, 04:20

Motor-Steller für mehrmotorige Flugmodelle

Servus,

hiermit stelle ich den Bauplan für einen Bürstenmotorsteller vor, wie ich ihn für meine Hercules (4 Motoren) gebaut habe. Die Motoren der rechten und linken Flächenhälfte werden getrennt voneinander angesteuert, so daß sich über unterschiedlichen Schub rechts/links die Seitenruderfunktion ergibt. Außerdem können durch einen zusätzlichen Kanal (z.B. 3-pos.Schalter) jeweils die beiden inneren oder äußeren Motoren abgeschaltet werden.
Für jede Flächenhälfte ist jeweils ein Microcontroller vom Typ PIC16C505 zuständig, der die Steuerung der zwei Motoren seiner Hälfte übernimmt.

Vorteile: auch ohne angelenktes Seitenruder steht eine Steuerfunktion um die Hochachse zur Verfügung. Der finanzielle Mehraufwand gegenüber einem "normalen" Steller ist mit Sicherheit weniger als ein Servo! Auch beim Rollen auf dem Boden ist das Modell lenkbar, was sonst ein lenkbares Fahrwerk erfordern würde, da selbst ein angelektes Seitenruder hier nicht vom Propeller angeströmt würde.

Angaben zum µC-Programm:
4 kHz PWM Frequenz
Erkennen und Ausfiltern von Störungen des Empfängersignals
Abregeln bei länger gestörtem Empfängersignal
Abregeln bei Akku-Unterspannung
Softanlauf (auch bei Umschaltung der "aktiven" Motoren)
Sonderfunktionen (Seitenruder, M1/M2 select) können ungenutzt bleiben, der Controller also auch als einfacher 1-Motoren Steller verwendet werden.

Schaltplan, Quell- und Hexcode für den Controller gibt's hier:
http://home.arcor.de/otti59/mectrl/

Aufbau:
Das Design einer Platine hab ich mir gespart. Die paar Teile lassen sich wunderbar auf Lochraster-Platine (mit Lötaugen) löten. Der im Schaltplan rot eingerahmte Bereich muß einmal für jeden Motor gebaut werden und wird am Besten direkt zum Motor in die Motorgondel gesetzt. Der Rest der Schaltung incl. Empfänger ist bei meiner Hercules in die Mitte unter die Fläche montiert, so daß zwischen Rumpf und Fläche nur die Verbindung zu Akku und zum Höhenruder-Servo als Steckverbindungen nötig sind.
Die 100nF-Kondensatoren sind Keramik-Typen und sollen direkt an die VSS/VDD Pins gelötet werden. C5 = Tantal, auch dicht an U3 montieren.

Dimensionierungen:
Der angegebene FET-Typ IRL2203 ist mit seinen RDS(on) von 7 mOhm gut bis ca. 15A (natürlich pro Motor). Ein leichter Luftzug durch die Motorgondel zur Kühlung von FET und Freilaufdiode ist zu empfehlen, extra Kühlkörper sind nicht nötig. Höhere Ströme sind durch die Auswahl anderer FETs oder einfaches Parallelschalten mehrerer FETs kein Problem. Bei Strömen über 40A pro Motor würde ich ggf. auch die Freilaufdiode verdoppeln.
Die Unterspannungs-Abschaltung ist für 8 Zellen ausgelegt (bei ca. 7,2V) und kann durch Ändern von ZD1 (grob) und R2 (fein) variiert werden.
Die BEC-Schaltung (U3) sollte bei 8-10 Zellen für 3-4 normale Servos ausreichen. Bei höheren Zellenzahlen evtl. kühlen (Luftzug oder Kühlkürper)
Bei mehr Zellen muß ggf. auch die FET Ansteuerung modifiziert werden, damit die Source-Gate Spannung unter 20 V bleibt.
Die Schaltung kann auch aus einem 4-zelligen (nicht mehr!) Empfängerakku versorgt werden. U3 entfällt dann. Minus von Flug- und Empfängerakku müssen verbunden werden!


Gruß,

Thomas

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Ottili« (29. Januar 2004, 16:03)


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Montag, 9. Februar 2004, 15:57

RE: Motor-Steller für mehrmotorige Flugmodelle

eigentlich ein Wunder, dass hier noch niemand drauf anspringt.

Die Idee ist genial, Thomas. Großes Lob!

3

Montag, 9. Februar 2004, 16:30

Hi..

ich würd ja springen (und find´s toll, dass das Projekt hier vorgestellt wird).
Aber für mich isses der falsche Controller... ich versuche mich grad an den Atmel controllern... erste Erfolgserlebnisse stellen sich ein.
Für mich interessant ist deshalb vor Allem die Endstufe.



mfg
andi

4

Montag, 9. Februar 2004, 22:27

Ich schließe mich dem Lob an: gute Arbeit, Thomas, Danke !

Warum hier kaum einer drauf anspringt ? Das Niveau des Beitrags ist zu hoch.
Wer viele Hits haben will, der Frage nach einem Programm zur Berechnung des Vorwiderstands einer LED.

Grüße
Claus

stift

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5

Dienstag, 10. Februar 2004, 01:15

Endstufenschaltung

@Thomas,

Die Entstufenschaltungen ist nach meinen Vorstellungen. Ich stelle mir nur immer die Frage, warum in den Schaltungsvorschlägen zu Reglern in den Fachzeitschriften immer (meißtens?) bis zu mehreren hundert Ohm Widerstände zum Gate des Leistungstransistors existieren. Hast du bei deiner 4 mot Probleme mit der EMV?

@ all
existieren Probleme mit Reglerentwürfen, die keine Vorwiderstände zum Gate des Leistungstransistors aufweisen.

6

Dienstag, 10. Februar 2004, 02:24

RE: Endstufenschaltung

Dank Euch für das Lob! :)

@Uwe:

Probleme mit EMV? Nicht daß ich wüßte...
Zugegebenermaßen hab ich die Endstufen im Modell noch etwas anders gebaut:
Da schaltet ein Optokoppler das Gate an an +Akku und ein Widerstand zieht's an Masse. Die aktuelle Ausführung von Schaltungen richtet sich bei mir immer auch danach, was für Teile ich grad noch in der Bastelkiste finde ;) Optokoppler hatte ich noch einige rumliegen und die Idee war, statt 3 Transistoren nur 1 Optokoppler zu benutzen, schließlich hab ich da aber doch noch einen Pull-Down Transistor eingebaut, weil mir der FET nur mit Widerstand zu langsam "dicht" gemacht hat. Wenn man keine galvanische Trennung braucht, macht der Optokoppler dann keinen Sinn.
Die gezeichnete Schaltung hab ich aber so im Steller für meine T-33 verwendet (Erstflug steht noch aus...), und auch ohne Vorwiderstand zum Gate. Ehrlich gesagt, hab' ich über die Notwendigkeit eines Gate-Vorwiderstands unter EMV Gesichtspunkten noch nicht viel nachgedacht. Für mich stand bisher immer im Vordergrund, daß der FET möglichst schnell schaltet, um wenig Schaltverluste zu haben. Vielleicht ist die EMV-Sache kritischer, wenn zwischen Steller/FET und Motor längere Kabel liegen.
Wenn Du kein Risiko eingehen willst, kannst Du ja einfach sicherheitshalber einen Widerstand (330 Ohm oder so) einbauen.

Wenn jemand Infos hat, was es mit der Notwendigkeit eines Gate Vorwiderstandes auf sich hat, würde mich das natürlich auch interessieren! ???

Gruß,

Thomas

7

Dienstag, 10. Februar 2004, 15:25

RE: Endstufenschaltung

wenn mehrere FETs parallel geschaltet werden, sollte man die auf jeden Fall voneinander entkoppeln.

Grund für die "hochohmige" Anschließerei ist schon EMV, allerdings werden damit die Schaltflanken begrenzt und die Schaltung spuckt nicht so stark in der Gegend rum. Solange es Deinen Empfang nicht stört, soll´s recht sein (vor Erstflug Reichweitentest mit laufendem Motor bei Teillast!!!)

Zum andern sollte man auch auf die maximale Gatespannung achten. Mit Vorwiderstand (und der Gatekapazität) wird ein Spike auf der Versorgungsspannung (und wird ja auch über die Push-Pull-Treiberstufe weitergegeben) doch etwas ausgefiltert, ohne könnte es dann doch zu einem Single-Shot-Teiber werden...

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Dienstag, 10. Februar 2004, 17:44

RE: Endstufenschaltung

Danke Stefan! Ich denke, ich werde den Plan wohl ändern - sicher ist sicher! Was für einen Widerstandswert würdet Ihr empfehlen? Müßte erstmal bei verschiedenen Stellerprojekten recherchieren, was da so eingebaut ist, aber wenn's einer so sagen kann, ist das natürlich einfacher...

Grüße,

Thomas

9

Dienstag, 10. Februar 2004, 22:12

Auf der Microchip Homepage wird in der AN847 (ESC - Electronic Speed Control) ein Wert von ca. 100 Ohm empfohlen.

Grüße
Claus

10

Mittwoch, 11. Februar 2004, 01:55

Super - der Wert ist mir sympathisch! :ok:
Damit dürften die Flanken nicht zu sehr abgeflacht werden, so daß sich die Verluste in Grenzen halten. Ist schon in die Schaltung integriert.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Ottili« (11. Februar 2004, 02:28)


Agentbsik

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11

Dienstag, 7. September 2004, 13:01

Hey Thomas!
Sag mal.. hasst du jetzt eine überarbeitet Version deines Reglers?
Und wie sind so die Flüge mit dem Regler?

Gruß Alex S.

12

Dienstag, 7. September 2004, 18:07

Hi Alex,

ich habe an dem Steller nichts mehr verändert, weil er im praktischen Betrieb eigentlich das tut, was er soll. Eine "Macke" könnte man allerdings durch eine Software-Änderung ausbessern, und zwar die Steuerbarkeit in der Startphase und beim Fliegen mit Vollgas. Momentan ist die Funktionsweise nämlich so, daß der Seitenruderausschlag erst zum Gas-Knüppelweg dazuaddiert bzw. davon subtrahiert wird, dann wird dieser Wert zum Einstellen der Motorleistung genommen. Nun hat man eine gewisse Reserve im Knüppelweg, also sagen wir mal z.B., bei 90% Knüppelstellung hat man schon Vollgas, dann entspricht der voll nach vorn geschobene Knüppel schon 110%. Um nun überhaupt eine Seitenruderwirkung zu haben, muß der Seitenruderknüppel um mehr bewegt werden, damit die Kurveninneren Motoren unter 100% Leistung fallen. Und selbst dann hat man nur die halbe Seitenruderwirkung, da ja die mit Vollgas laufenden Motoren nicht noch mehr Leistung abgeben können. Wirklich interessant ist das Ganze eigentlich nur für evtl. Kurskorrekturen in der Startphase. Als "Workarround" kann man ggf. mal kurz etwas Gas zurücknehmen, um das Modell auf Kurs zu drehen.
Allerdings habe ich aus verschiedenen Gründen nicht vor, den Steller diesbezüglich zu überarbeiten. U.A. stört mich das Problem zu wenig, um mich zur Nachbesserung zu motivieren, und die Controller sind in meiner C-130 sowieso fest eingelötet...
Wer mag, kann das Programm natürlich gerne weiterentwickeln!

Grüße,

Thomas