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The Next Nice Thing - Mein neuer BLDC.CTRL

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Hallo Mikrokopter Gemeinde,

da es mir viel Spaß macht meine eigenen Elektronik-Baugruppen und Software für meinen MK-Okto zu entwickeln kommt nun nach der Entwicklung meiner eigenen FC hier ein passender BLDC-Ctrl dazu.
Der Formfaktor entspricht dem hier bekannten und auch von mir bisher verwendeten Mikrokopter BL-Ctrl V2.0.
Die Ansteuerung erfolgt nicht nur über den I²C-Bus sondern ebenso über eine der 4 integrierten UARTs, z. B. über RS485 mit differenziellen Datenleitungen. Das Kommunikationsprotokoll ist jedoch kmpl. inkompatibel zum BL-CTRL V2.0, bedingt durch die Anforderungen meiner FC. Der BLDC-Ctrl enthält 2 Controller. Eine kleine 32Bit MCU übernimmt dabei die Kommunikation zur FC und die übergeordnete Kontrolle der Baugruppe. Ein weiterer Controller ist ausschließliche für die Ansteuerung und Fehlerüberwachung der Endstufe und des Motors zuständig, dazu sind auch High- und Lowside Treiber für die MOSFET-Endstufe integriert. Die MOSFET-Endstufe verwendet je nach Versorgungsspannung entweder 6 x 60V/100A/2.7mRDSon oder 6 x 30V/100A/1.0mRDSon Trench-MOSFETs der neuesten Generation.
Neben einer schnellen, präzisen Drehzahlregelung habe ich eine von mir als Dynamic Torque & Efficency Control (DTEC) bezeichnete Erweiterung in die Software eingebaut. Dabei wird während des Betriebs das bestmögliche Motortiming ermittelt und angewendet. Dies führt zu einem vibrationsarmen Motorlauf mit hohem Drehmoment und Wirkungsgrad, unabhängig vom verwendeten Antriebsmotor.
Die Auslegung für eine hohe Versorgungsspannung (bis 12S - 50V) und einem Strom bis zu 100A wird in den meisten Anwendungen eher nicht benötigt, sorgt aber für eine entsprechend hohe Betriebssicherheit mit viel Reserve nach oben. Außerdem kommt viel Leistung am Motor an und der BLDC-Ctrl bleibt sehr kühl. Die Strommessung erfolgt über 2 x 1mR präz. Shunt Widerstände sowie einem präz. Stromsensor.
Auf eine CAN-Bus Schnittstelle habe ich zunächst verzichtet, da bisher nur ein inoffizielles CAN-Bus Protokoll für UAV existiert.

Ein paar grobe Daten für die technisch Interessierten:

3 Phasen BLDC Motortreiber (6 Lagen Multilayer, 105umCU, Abmessungen ca. 43mm x 21mm).
Gewicht: ca. 5.3g (etwa wie ein Blatt Papier, DIN A4 80g).
Versorgungsspannung: 2S...12S, 6,5V...50V.
Motorstrom (Limits noch nicht vollst. festgestellt): 50A Dauer / 100A Peak, je nach MOSFET Bestückung.
Endstufe: 6 x N-Channel MOSFET.
2 Controller, 1 x 32Bit MCU, 1 x Motor-Controller.
Schaltregler (max. 100V Inp.!) für die interne 3.3V digital Spannungsversorgung.
Div. Kom. Schnittstellen - 1 x I²C-Bus (bis zu 32 Adressen einstellbar), 4 x UART, PPM, PWM
Viele einstellbare Parameter wie z. B. Soft- & Hard current limits, Unterspannungswarnung (UVLO), Temperaturwarnung, etc.........

Beste Grüße

Ren :)

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« Bearbeitet von Ren am 13.03.2016 03:43. »
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Beiträge: 3501
Ort: Münsterland
Wow!!Respekt!
Und die Verlustleistung bekommst du bei den Leistungsdaten in den Griff?

PS: Wie weit bist du mit deiner FC/NC, der Soft und dem passenden Koptertool?
Gruß
Joachim
« Bearbeitet von solutionxxl am 12.03.2016 21:35. »
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Beiträge: 4580
Ort: D-15378 Hennickendorf
Hallo Ren,

das macht einen super Eindruck, tolle Leistung :D

Wenn ich meinen manntragenden Kopter baue, werde ich bestimmt auf deine Regler zurück kommen ;),

Grüße Stephan
Mitglied
Registriert seit: Feb 2015
Beiträge: 30
Ort: Henstedt-Ulzburg
Hallo Joachim,

die thermischen Limits konnten wir bisher noch nicht testen, mangels passender Motoren. Hängt ja auch immer von der Einbaulage ab, für mich ist es derzeit leicht ausreichend. Der max. Strom wird meist während der Beschleunigung nur kurzfristig benötigt.

Die Entwicklung von der FC/NC geht voran. Derzeit setzen wir die Simulation in C-Code um. Insgesamt sind wir in der Simulation bald bei einem 30D unscented Kalmanfilter. Ob sich das bez. der MCU Performance umsetzen lässt, bleibt noch abzuwarten. :D :P
Zusätzlich ist inzwischen ein optischer Flow-Sensor im Einsatz, sowie ein US-Sensor in Vorbereitung. Damit wird Navigation auch ohne GPS möglich, z. B. in geschlossenen Räumen oder bei Sonnenstürmen ;) auch outdoor.

Grüße

Ren :)
« Bearbeitet von Ren am 13.03.2016 03:32. »

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