Snelheidsregelaar met Arduino Uno en TA8050.

[Klaas Zondervan]

Na bestuderen van de datasheet van de TA8050 kom ik tot dezelfde conclusie als Timo. Als in de pulspauzes DI1 en DI2 tegelijk H zijn, dan sluit je de motor kort, en dan wordt die actief geremd. Die situatie moet je vermijden, naar mijn mening.

[Max Roodveldt]

Bedankt. Dat gaan we dus even uitzoeken.

mvg,

Max.

[Timo]

Dat klopt maar dan ziet 't er ook perfect uit - 't zijn de locs die 't eindresultaat verzieken...
Zolang ik de regelaar maar belast met een weerstandje of een lampje gaat alles goed - pas als ik er een motortje aan hang beginnen de problemen. Ook met slot car motoren loopt 't redelijk maar die motoren zijn allemaal 't zelfde. En nogmaals, sommige locs lopen perfect, maar anderen...

Als het er met een weerstand wel goed uit ziet maar met motor niet lijkt me er niets aan de hand. Een motor kan zelf namelijk prima spanning opwekken en dus je meting beïnvloeden. Dat je puls dan langen lijkt is dan schijn.

Wel zou je nog eens kunnen meten met aan beide motor uitgangen een weerstand naar de GND. Iets van 1k doet het altijd goed  En dan geen loc op de rail. Heb je nu wel het gewenste PWM signaal (0% - 100%)? Of nog makkelijker, bij DI1 en DI2 meten...

En maak je in de code echt gebruik van hardware PWM? (Dus doormiddel van analogWrite()?)

Het origineel van 1966 had een schakelaar - vandaar. Met een schakelaar ligt de snelheid vast, belangrijk bij een wedstrijdje.

Okay, hier mis je mij even, wedstrijdje? 

Die vormen een lichtsluis zodat ik de maximale snelheid in km/h kan instellen.

Ah, logisch 

Volgens de documentatie is 9 volt voor een Arduino Uno perfect.

Kan ook prima, maar tot 20V kan ook prima. Hoeveel volt gebruik je voor het aansturen van de loc's?


Timo

[Max Roodveldt]

Wel zou je nog eens kunnen meten met aan beide motor uitgangen een weerstand naar de GND. Iets van 1k doet het altijd goed  En dan geen loc op de rail. Heb je nu wel het gewenste PWM signaal (0% - 100%)? Of nog makkelijker, bij DI1 en DI2 meten...

En maak je in de code echt gebruik van hardware PWM? (Dus doormiddel van analogWrite()?)

Dat gaan we proberen. En nee - ik maak gebruik van een software library om zowel de PBM frequentie als de duty cycle in te stellen.

Okay, hier mis je mij even, wedstrijdje? 

De Timesaver is van huis uit een puzzle met als doel in de kortste tijd een bepaalde rangeertaak uit te voeren. Wie het snelste is wint de pot. 

Kan ook prima, maar tot 20V kan ook prima. Hoeveel volt gebruik je voor het aansturen van de loc's?

Ik test met spanningen tussen de 9 en 18 volt. Laptopvoedingen zijn hiervoor perfect.

mvg,

Max.

[Timo]

En nee - ik maak gebruik van een software library om zowel de PBM frequentie als de duty cycle in te stellen.

Kijk, daar gaat het fout. Hoge PWM frequentie met software PWM is geen goed idee. Voor lage frequenties is het prima maar op hoge frequenties mis je snelheid. Hierdoor is niet zo zeer de resolutie lager maar wel de nauwkeurigheid en vooral hele korte PWM is niet te doen. De code kan niet op tijd de boel afhandelen om maar een kort pulsje te geven.

Lijkt me dus handig om met hardware PWM te gaan werken, of een mix van hardware en software. Software voor trage PWM en hardware voor snelle. Maar opzich zou je met hardware PWM ook al een eind moeten komen. PWM frequentie is in te stellen tussen de 31kHz en 30Hz met de hardware PWM. Gebruik dan geen PWM die op timer0 zit want dan kom je in de knoei met de millis().

En voor het rijden op lage snelheden zou je dus nog kunnen proberen een lage PWM over de hoge PWM heen te leggen. Dus gewoon de hardware PWM instellen maar (zoals ik het had) met 80Hz gewoon analogWrite(255) te doen voor 5% tot 10%. Dus eigenlijk gewoon software PWM maken.

Klein beetje psedo code (kunnen dus fouten in zitten)

Code: [Selecteer]

unsigned int speed;
unsigned int speedLastKick;
unsigned int speedState //0= normale speeds, 1 = soft PWM "kick"

doSpeed(){
unsigned int millisNow;
if(speed == 0){
analogWrite(PwmPort, 0);
}
else{
millisNow = millis();
if(speedstate == 0){
if(millisNow - speedLastKick >= 19){ //time for a kick
analogWrite(PwmPort, 255);
speedState = 1;
}
else{ //just the speed
analogWrite(PwmPort, speed);
}
}
else{ //we are giving a kick
if(millisNow - speedLastKick >= 20){ //time to end the kick
analogWrite(PwmPort, speed);
speedLastKick = millisNow();
speedState = 0;
}
}
}
}
doSpeed() roep je op in de loop. int speed is de snelheid die je in wilt stellen. En je hebt een extra kick iedere 20ms (maakt 50Hz) van 1ms (maakt een dutycycle van 5%). Verander je dus 19 in 18 ga je naar 10%.

Owja, en code van meerdere A4tjes is geen probleem, daarvoor hebben ze PastBin uitgevonden. Zet syntax highlighting op C#


Timo

[Max Roodveldt]

Klaas en Timo,

hartelijk dank - voorlopig kan ik weer vooruit. 

mvg,

Max.

[Max Roodveldt]

Op aanraden van Klaas en Timo maar eens aan een bodemonderzoek begonnen.

Eerst de schakeling tot het absolute minimum teruggebracht:



Daarna de software PBM vervangen door een library die gebruik maakt van hardware PBM.
Met instelpot P2 wordt tijdens het opstarten van de Arduino de frequentie ingesteld (1Hz..30kHz)
met instelpot P1 wordt daarna de gewenste rijrichting en duty cycle ingesteld.
Middenstand is stop, links naar 5..100% links, rechts naar 5..100% rechts.
Tijdens het opstarten toont de display de ingestelde frequentie, tijdens het rijden de duty cycle.

Hier de gebruikte code:

Code: [Selecteer]

/****************************************************************************/

#include <Wire.h>                  // display libraries
#include "Adafruit_LEDBackpack.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "PWM.h"                   // PWM library

Adafruit_7segment display = Adafruit_7segment();

#define port1  9 // Dl1 TA8050 H-bridge
#define port2 10 // Dl2 TA6050 H-bridge

int value; 
int cycle;

bool left  = false;
bool right = false;

int32_t frequency = 0; // PWM frequency in Hz

/****************************************************************************/

void setup() {
 
  delay(2000);
 
  frequency = ((analogRead(1)) + 1);
 
  InitTimersSafe();
 
  bool success = SetPinFrequencySafe(port1, frequency);
 
  if (success) { // set UNO LED
    pinMode(13, OUTPUT);
    digitalWrite(13, HIGH);
  }
 
  pinMode(port1, OUTPUT);
  pinMode(port2, OUTPUT);
   
  pwmWrite(port1, 0);
  pwmWrite(port2, 0);
   
  display.begin(0x70); // set display
  display.setBrightness(7); // 0..15

  display.println(frequency); // frequency to display
  display.writeDisplay();
 
  delay(2000);
   
} // end setup

/****************************************************************************/

void loop() {  // main loop
   
  value = analogRead(0) / 2; // 0...511
  cycle = 0;

  // 0..245 = left, 246..266 = deadband, 267..511 = right   
   
  if (value < 246) left  = true; else left  = false;
  if (value > 266) right = true; else right = false;

  if (left) { // write value to PWM port1.
    cycle = 255 - value; // cycle between 10..255
    pwmWrite(port2, 0);
    pwmWrite(port1, cycle);
  }
   
  if (right) { // write value to PWM port2.
    cycle = value - 256; // cycle between 10..255
    pwmWrite(port1, 0);
    pwmWrite(port2, cycle);
  }
   
  if (!left && !right) {
    pwmWrite(port1, 0);
    pwmWrite(port2, 0);
  }

  display.println((cycle * 100) / 255); // duty cycle % to display
  display.writeDisplay();
   
} // end loop

/****************************************************************************/


Voorlopig de motor vervangen door een weerstandje.

Op de scoop ziet het er fantastisch uit... 

Bij frequenties van 30Hz tot 20kHz kan ik de duty cycle regelen van 5 tot 100% - heerlijk.

Volgende stap: het rijden met locomotieven - heb inmiddels een rail ovaaltje gekocht.

Wordt vervolgd.

mvg,

Max.

[Fritsprt]

Hoi Max, leuk onderwerp. Als het signaal er over een weerstand wel goed uitziet maar je motor draait niet lekker bij lagere frequenties moet je nog eens naar je uitgangen van de Arduino of de ingangen van de TA8050 kijken. Tijdens PWM mogen de ingangen DL1 en DL2 niet tegelijkertijd hoog worden want dan krijg je remmode. M.a.w. je stuurt een stroom door de motor om hem op gang te helpen en gelijk daarna ga je remmen (de motor kortsluiten) Mocht dit zich voordoen dan is dat de verklaring waarom je motoren niet goed draaien bij lagere frequenties.
Succes.

Frits

[Max Roodveldt]

@Frits

Daar had Timo me ook al op gewezen  en dat was dan ook 't eerste dat ik gecontroleerd heb. Dat bleek in orde want dat had ik niet helemaal goed begrepen. Nu wel...

Bedankt.

mvg,

Max.

[Max Roodveldt]

Meten is weten... 

Meetopstelling:
•   Voedingsspanning 12 volt gelijkspanning.
•   PBM frequentie instelbaar van 20 tot 100 Hz.
•   PBM arbeidscyclus instelbaar van 2 tot 100%.
•   Rail ovaal.
•   Scoop.

Gemeten zijn 3 locomotieven: Bachmann Spectrum GE 45, Bachmann GE 44 en Bachmann Alco S2. Mijn andere locomotieven moeten eerst in groot onderhoud.

Voordat er wordt gemeten worden de locs eerst een aantal minuten warmgedraaid.

Drie metingen bij respectievelijk 20, 50 en 100 Hz. Arbeidscyclus 50%.
Dit resulteert in de volgende snelheden:
•   GE 45:     25 km/h.
•   GE 44:     63 km/h.
•   Alco S2:   55 km/h.

Deze zijn – veel – te hoog om goed te kunnen rangeren en moeten dus omlaag.
Arbeidscyclus bij 20 km/h:
•   GE 45:     45%.
•   GE 44:     20%.
•   Alco S2:   23%.

Verschillende frequenties:
•   De frequentie is niet van invloed op de snelheid – wel op het regelbereik.
•   20 Hz: alle aandrijvingen rammelen en klinken inderdaad als ’n diesel. 
•   50 Hz: hoe hoger de frequentie hoe kleiner het regelgebied dwz. bij verhogen van de frequentie schuift het startpunt op.
•   100 Hz: als bij 50 Hz.

Wat verder opvalt is het snelheidsverschil tussen voor en achteruit rijden. Loopt soms op tot wel 5 km/h – bij 20 km/h maximum… 

Ook valt op dat bij oudere locs (bv. Athearn) de maximum snelheid veel hoger is waardoor het effectieve regelgebied nog veel kleiner wordt.

Voorlopige conclusies:
•   Langzamer lopende motoren zouden een oplossing zijn?
•   Voor mijn toepassing hoeft de frequentie niet variabel te zijn.
•   50 Hz is een mooi compromis.

Wordt vervolgd (als het groot onderhoud achter de rug is).

mvg,

Max.

[Timo]

Wat verder opvalt is het snelheidsverschil tussen voor en achteruit rijden. Loopt soms op tot wel 5 km/h – bij 20 km/h maximum… 

Hangt af van de loc, vooral hoe de aandrijving in elkaar zit. Moderne loc's hebben vaak goede symetrische aandrijving en hebben er een stuk minder last van.

Ook valt op dat bij oudere locs (bv. Athearn) de maximum snelheid veel hoger is waardoor het effectieve regelgebied nog veel kleiner wordt.

Ze hielden vroeger inderdaad van racetreinen. Gelukkig tegenwoordig wel eens stuk beter geworden. Komt de rijeigenschappen inderdaad ten goede.

•   50 Hz is een mooi compromis.

Als je op 50 Hz zit maak je inderdaad gebruik van de hardware PWM maar met een trucje. (De teller niet op 0 laten beginnen dus knijp je de resolutie.) Als je echt de invloed van de PWM frequntie wilt bekijken zou ik eens gaan wisselen tussen de verschillende hardware PWM frequnties. Zie daarvoor Timer PWM Cheatsheet en Secrets of Arduino PWM. Blijf alleen van timer 0 (dus PWM4 en PWM13) af. Hiermee breng je de millis() functie in de war. Je hebt dan de beschikking over 31,4kHz, 3,9kHz, 980Hz, 490Hz, 245Hz, 123Hz en 31Hz bij gebruik van PWM3 en PWM11 in phase-correct PWM en het dubbele van die getallen in fast PWM. Je hebt dan op alle frequenties gewoon de beschikking over 256 stappen resolutie, geen library nodig.

Grote nadeel van 50Hz is dat het hoorbaar en zichtbaar is. Heb je LED verlichting ga je dat echt terug zien. In een LoPi 3 wordt een PWM frequentie van 16kHz gebruikt (zo uit me hoof) om je een idee van orde grote te geven. Zelf reed bij mij de loc mooi en soepel alleen had hij een beetje hulp nodig om de stilstand kleef te overwinnen.


Timo

[Max Roodveldt]

Hangt af van de loc, vooral hoe de aandrijving in elkaar zit. Moderne loc's hebben vaak goede symetrische aandrijving en hebben er een stuk minder last van.

't duurde even tot 't muntje viel maar het komt omdat de borstels niet goed gecentreerd staan tov de magneten. Er is toch geen hond die 't merkt... Ik herinner me slotcarmotoren met een verdraaibaar borstelschild - die lopen de ene kant op een stuk harder dan andersom. Want voor de tandwielen maakt het niets uit welke kant 't op draait.

Grote nadeel van 50Hz is dat het hoorbaar en zichtbaar is. Heb je LED verlichting ga je dat echt terug zien. In een LoPi 3 wordt een PWM frequentie van 16kHz gebruikt (zo uit me hoof) om je een idee van orde grote te geven. Zelf reed bij mij de loc mooi en soepel alleen had hij een beetje hulp nodig om de stilstand kleef te overwinnen.

Het grootste probleem met de hoge frequenties is de hoorbaarheid. Mijn hond vond 15 kHz niet zo'n fijn idee. Erger was dat het regelbereik steeds kleiner werd. Vergeet niet dat ik alleen geinteresseerd ben in 't stuk tussen 0 en 20 km/h... 

mvg,

Max.

PS - die 31 Hz ga ik nog even proberen - ben benieuwd...

M.

[Klaas Zondervan]

In een LoPi 3 wordt een PWM frequentie van 16kHz gebruikt

Is volgens mij niet helemaal vergelijkbaar. De Lopi koppelt terug op de tegen-EMK van de motor, en bij een analoge regelaar heb je die terugkoppeling niet. Ik heb vroeger veel geëxperimenteerd met PWM en bij mij werkten de frequenties in het kilohertz bereik voor geen meter.

[Timo]

Dat klopt wel, de duty cycle zal vanzelf toenemen als de loc vanuit stilstand nog niet wil rijden en dan afnemen als de motor eenmaal draait. Maar verder zit er geen verschil in.

Als je hond 15kHz niet fijn vond zal 32kHzook wel eens niet kunnen werken. Gehoor van een hond loopt tot zo'n 50kHz maar hangt ook af van soort hond en (net als bij de mens) leeftijd. Overigens vergeten oude mensen ook wel eens dat jonge mensen 15kHz ook niet fijn vinden    Tijdens practica er wel achter gekomen dat mijn gehoor iig nog ver doorloopt en oude CRT's vond ik een ramp.

Net even gecheckt, een LoPi 2, 3 en 4 stuurt de motor aan met 40kHz (en instelbaar op 20kHz). In mijn projectje deed ik het met 31kHz (met een superpositie van +-89 Hz met dutycycle van +-9% tegen kleef). Tenminste, dit zijn de laatste waarde in mijn project, weet dus niet meer of dat de beste waren 

Erger was dat het regelbereik steeds kleiner werd.

Als je dus de "standaard" frequenties gebruikt zoals ik aan gaf zal je regelbereik niet kleinen worden, blijf 8-bit ofwel 0-255.


Timo

[Max Roodveldt]

Overigens vergeten oude mensen ook wel eens dat jonge mensen 15kHz ook niet fijn vinden

Ik hoor duidelijk in die categorie (de hond ook trouwens): hoor weinig meer boven de 10 kHz. Gevolg van jaren in de constructie werken...

Als je dus de "standaard" frequenties gebruikt zoals ik aan gaf zal je regelbereik niet kleinen worden, blijf 8-bit ofwel 0-255.

Voor de duidelijkheid: als ik schrijf dat 't regelbereik terugloopt bedoel ik niet het 8-bit 0..255 bereik, maar het percentage dat ik moet instellen voor dat een loc begint te bewegen. Bij 50 Hz kan ik dus regelen van 0..100% maar de loc beweegt pas bij 5%. Bij 100 Hz beweegt de loc pas bij 10%. Als de gewenste maximum snelheid ligt bij 25% wordt het regelgebied dus 5..25% resp. 10..25%. Dus in zijn algemeenheid: hoe hoger de frequentie hoe kleiner het regelbereik...

mvg,

Max.