PWM-regelaar: problemen.

[bask185]

Ik heb thuis met zo'n Arduino ding en een H-brug mijn Hornby class 156 en de mallard laten rijden met pwm. De resultaten waren niet echt om over huis naar te schrijven.

Ik heb tot nu toe frequentie bereiken geprobeerd tussen 30Hz (lager kon de hardware pwm niet, software pwm moet ik nog proeberen voor 20Hz) en 30kHz.

Bij 30Hz reden ze als een schitterend zonnetje, maar ze bromden wel erg. (Nu hebben ze nog geen verlichting, maar als ik er leds in bouw kan je raden wat me volgende klacht wordt. De knipper leds kan ik misschien nog wel fixen met elco's. Ik wil in ieder geval een stroombron nog inbouwen met elco's er in)

Alles tussen de 30Hz en 31kHz was verschrikkelijk, je hebt natuurlijk al slechter rijgedrag, maar het gezoem wat die krengen voortbrengen, is niet om aan te horen.

31kHz daarentegen was fluister stil. Dat komt omdat die frequentie buiten onze gehoorgrenzen liggen. Alleen de trein ging pas rijden met 110/255 duty cycle (met 30Hz reden ze al op 30/255) en toen reed hij al te snel.

Ik heb nog niet de treinen opengemaakt om eventuele (ont)stoor condensators er uit te halen. Ik weet niet wat het effect van deze hebben op het geluid.

Ik ben nog niet uit de oplossing. Ik ben er ook al een tijdje niet mee bezig geweest. De treinen rijden op 12V. Waar ik aan denk zijn de volgende remedieen:

• Ik kan een andere spanningsbron kopen van 7.5V, maar ik heb ook nog 12V ledstrips dus dan krijg ik misschien te weinig licht.
• Ik kan een optrek en afrem curve programmeren voor beter ogend rijgedrag met 31Khz. Dan wil ik eerst een hoge puls geven om de trein in beweging te krijgen en dan meteen terug schroeven voor een langzamere snelheid
• Ik kan 20Hz proberen (ondergrens gehoor niveau) en elco's inbouwen voor de nog in te bouwen verlichting
• De H-brug vervangen door een enkele mosfet met een afvlakcondensator er achter. De rijdraden wil ik dan ompolen met een dubbel relais
• Een analoge trafo er opzetten en de knop regelen met een servo motor (dit ga ik niet doen  )
Optie 1 lijkt me niet de mooiste oplossing, ik weet niet of ik dan een mooie optrek en rem vertraging kan maken zonder teveel lawaai.
Van optie 2 kan ik niet met 100% zekerheid zeggen of ik het goed krijg of of hoeveel tijd het zal kosten. Hij lijkt me wel vatbaar
Optie 3 moet ik maar eens proberen, 20Hz. Het lijkt me ook wel interessant om er een DC spanning van 2~3V er bij op te tellen voor de verlichting.
En optie 4 heeft op het moment mijn voorkeur, daar heb ik het meeste vertrouwen in.

Maar voordat ik dingen ga proberen of kopen, wil ik input vragen van jullie. Wat denken dat jullie wat het beste resultaat zal geven? Of zijn er nog andere methodes die ik kan proberen?

Bas

[Klaas Zondervan]

Ik bereik uitstekende resultaten met de Weistra regelaar. Beschrijving staat in de Encyclopedie.

[bask185]

Klaas,

Ik heb dat stuk al een paar keer gelezen, daar kreeg ik ook het idee vandaan om lage frequenties te proberen. Ik kan in software makkelijk de frequentie en duty cycle regelen. Zodoende zag ik niet echt verschil tussen dat en deze regelaar. + het is relatief veel werk om dat ding te maken (ik heb geen ets spullen tot m'n beschikking + het kost geld in de vorm van onderdelen. Daarom heb ik nooit deze rijregelaar gebouwd.

Ik ben wel nieuwsgierig naar het uitgangssignaal. Er staat dat er positieve uitgangspulsen op de de uitgang staan maar niet hoe ze er precies uitzien. Als ik het schema bekijk, zal het bijna een normale blokgolf zijn. Ik vraag me af wat het voornaamste verschil is. Er staat wel een van mijn bedachte opties in vermeld.

Voor een zo groot mogelijk regelbereik is het van belang de voedingsspanning niet hoger te kiezen dan nodig is voor het bereiken van een realistische topsnelheid. Dus maximaal 8 volt voor schaal Z, 10 tot 12 volt voor schaal N en TT en voor schaal HO ten hoogste 14 volt

Ik heb denk ik nog wel een schakelbare DC-DC conver liggen. Ik wil de 12V aftappen en naar ~7.5V transformeren. Dat zou in ieder geval het volume moeten reduceren? Ik vind het ook opvallend dat er geen gebruik is gemaakt van een afvlak condensator. Ik vraag me wat daar de reden voor is geweest 

Ik vind het ook frapant dat er niks is vermeld over knipperende ledjes op de treinen. Als ik dat schema zo bekijk, zit er geen DC offset oid ingebouwd. Maar hoe hebben ze dat probleem getackled?

Heb je nu geen last van knipperende verlichting op je treinen met die lage frequenties? En heb je ook geen last van gebrom/gezoem? Op wat voor spanning rij je?

Bas

EDIT:
Ik zit nog hier en daar wat te lezen en ik las dat het knipper probleem niet is ondervangen in de weistra. Het is geen groot probleem met gloeilampen maar wel met leds zonder condensators.

Ik heb ook even opgezocht hoe die permaloog van je werkt. Opzich wel interessant, het lijkt erg op pulse-stretching met DCC waarmee je een analoge loc tussen de digitale kan aansturen. Gelukkig is dat makkelijk te programmeren  hoef ik niet zo'n rijgelaar te bouwen.

Ik vind vooral de flip-flop schakeling in de trein interessant. Ik wilde zowiezo al een stroombron inbouwen. Dus ik denk dat ik een paar smd componentjes ga bestellen op conrad. Ik wil nog steeds proberen om met karton en kopertape een smd pcb te knutselen.

Ik ga wel eerst eens een elco op de baan aansluiten om te kijken of dat gunstig rijgedrag oplevert

[Ronald1974]

Hoi Bas,

Zie nog even mijn oude draadje.
https://forum.beneluxspoor.net/index.php?topic=83612.msg3222034124#msg3222034124

Een zelf bouw motor shield met een TIP120 transistor vrij loop diode en relais voor vrijgave en een relais voor het ompolen.
Een software PWM een ....pwm.h library.

int32_t Frequentie = Freq; // in Hz

En met map.
Freq = map (potmeter, 0, 1023, 20, 100);
De frequentie is van 0 tot 100% duty cycle tussen de 20 en 100 Hz en doet wat ook de Weistra regelaar doet.

Mvg Ronald Hofmeester

[bask185]

Hoe doet jouw shield het led-knipper probleem ondervangen?

[Ronald1974]

Hoi Bas,

Zie hier onder het schema,
De 1N5404 mag ook een 1N5401 of 1N5402 of 1N5403 zijn.
Dit is de vrijloop dan wel blus diode.
Deze zorgt er voor dat de tegen EMK van de motor (Generator werking) wordt geblust/opgeheven.
Hierdoor zullen de leds die eigenlijk niet moeten branden niet gaan op lichten.
En zal het knipper niet gebeuren, ten zij de rails wat vuil is.

Verder had ik in de 12v een contact voor vrijgave of wel spanning er op zetten.
En een relais tussen de draden naar de rails voor het op pollen.

Bij de H brug wil de aansturing vaak niet 100% synchroon verlopen waardoor er een flipperkast ontstaat.

[Timo]

In het verleden ook wel eens zitten spelen met analoge treinen laten rijden. Ik kwam eigenlijk bij optie 2. Maar dan eigenlijk permanent. Dus +-32kHz PWM met ik meen een 80Hz software PWM erover. Wat de duty cycles waren weet ik niet meer. Maar goed, als je op 80Hz zit is alles toch zo traag voor software dat het ook niet meer lastig is. De +- 80Hz was toen ook beetje proefondervindelijk volgens mij.

Terug gaan in spanning zou ik zeker niet doen. Dan neem je juist een sterk punt van PWM weg en dat is meer kracht. Zelfde geld voor afvlakken.

Ook wel eens gedacht aan Weistra in software te doen. Maar ik weet eigenlijk niet meer of ik überhaupt toen een regelaar had gemaakt om aan te meten (denk het wel ) en of ik dat naar software omgezet had. Zou ik dit weekend eens thuis moeten kijken.

Door als standaard wel 31kHz PWM te hebben ondervang je het knipperen van ledjes een beetje maar niet 100%. Maar 80Hz is al wat minder waarneembaar (en eventueel makkelijker te ondervangen) dan 20Hz. H-brug of enkele transistor zal in ieder geval geen verschil opleveren.

Maar goed, als alles van een H-brug komt zou je redelijk eenvoudig ook permaloog moeten kunnen opwekken. Gewoon de PWM op de polariteit zetten. Al naar gelang welke H-brug je hebt is dit super eenvoudig of moet je PWM synchroniseren.


Timo

PS @Ronald1974 Als je mooiere map() wilt: Freq = map (potmeter, 0, 1024, 20, 101); 

[Ronald1974]

Door als standaard wel 31kHz PWM te hebben ondervang je het knipperen van ledjes een beetje maar niet 100%. Maar 80Hz is al wat minder waarneembaar (en eventueel makkelijker te ondervangen) dan 20Hz. H-brug of enkele transistor zal in ieder geval geen verschil opleveren.

Dit was de eerste test rijden ging heel goed, alleen de verlichting was net disco lampen, getest bij verschillende frequenties.

De rijregelaar in deze test bestaat uit
Arduino Uno
Motor shield
Potentiometer voor de snelheid
Drukknop voor de keuze locomotief of treinstel
Tuimel schakelaar voor de rijrichting.



Toen dit in elkaar geknutseld met de zelfde code getest.
Toen ging het rijden goed maar de verlichting werkt zoals het hoort.

- Tip 120 darlington transistor
- Vrijloop diode 1n5401
- Relais voor break/releas (kan vervangen worden door een transistor)
- Relais voor rijrichting
- Aantal weerstanden en transistors en ledjes en printklemmen.




Waardoor het knipperen van de verlichting wordt veroorzaakt kan door meerdere oorzaken.
het verschil met een simpele transistor is dat er niks extra zit wat een lek stroom toe laat zie hier onder een deel van het schema van de motorshield.



Mvg Ronald Hofmeester.

[Silvolde]

Ronald, ik heb destijds bij de analoge ombouw van de Roco 2200 voor 3-rail soortgelijke problemen gehad. Vermoedelijk zorgden de collector borstels voor dit effect. Met 2,2 µF/50 V elco's heb ik het probleem opgelost.

Rob

[Klaas Zondervan]

Ik heb ook even opgezocht hoe die permaloog van je werkt. Opzich wel interessant, het lijkt erg op pulse-stretching met DCC waarmee je een analoge loc tussen de digitale kan aansturen. Gelukkig is dat makkelijk te programmeren  hoef ik niet zo'n rijgelaar te bouwen.

Goed gezien, ik heb het Permaloog idee gebaseerd op het zero-stretching principe.
Voordeel: geen knipperende leds want er is altijd dezelfde spanning.

Ik begrijp niet zo goed de tegenzin om dit gewoon in hardware te bouwen. Het kost niet veel en etsen hoeft ook niet. ik ben daar lang geleden mee gestopt, te veel troep. Ik bouw alles op baantjesprint.

[bask185]

Toch vaag dat dit knipperen oplost op 20Hz. Zorgen die vrijloop diode en die motor er nu samen voor dat de leds niet gek gaan doen? Ik had nooit bedacht dat je daar de spanningspieken van de motor voor kon gebruiken 

Ik begrijp niet zo goed de tegenzin om dit gewoon in hardware te bouwen.

Veel arbeid is het. Als je een volledige permaloog centrale bouwt met componenten ben je wel ff bezig. Jij zegt wel dat het niet veel kost, maar hoeveel kost alles bij elkaar van zo'n ding? Ik kan die arduino en H-brug zowel 20kHz laten genereren op de direction pin en het weistra gedeelte doen zonder extra elektronica. Het setje kostte me ~€4,50 (excl. voeding) en vereiste een paar draadjes.

Bovendien kan je jouw regelaar voor niks anders gebruiken. Ik kan deze setup omtoveren in een werkende DCC centrale met de software die ik al eerder gemaakt heb.

Ik had gister met mn arduino + H-brug een goede weistra regeling. Ik was ook bezig met het vastleggen van de relatie tussen pwm/dutycycle en snelheid, maar ik maakte een kleine fout bij de berekening waarbij ik te veel resolutie verloor in de vorm van afrondingsfouten. Rekenen met zo'n uController is echt rocket science, type cast vergeten of per ongeluk delen voor vermenigvuldigen en de uitkomst is fout.

Het rijgedrag van 2/3 treinen was goed. Alleen de class 156 zeurt. Deze heeft ook geen vliegwiel en maakte ook iets meer brom geluid. De Mallard reedt wel prima.

De 3e loc die ik probeerde was een br185 die nog nooit eerder had gereden bij mij. Deze had wel leds. En natuurlijk flikkerde het ding als een kerstboom zoals verwacht. Voordat ik ga permalogen, wil ik eerst een stroombron in de trein bouwen en een dikke elco op de uitgang van de H-brug zetten. Dan kan ik nog maar 1 kant op rijden, maar ik verwacht wel geen flikkerende lampen. Ik zal vandaag wat smd componenten bestellen zodat ik in ieder geval leds heb en een voorraadje van de rest.

Optie 2, de optrek curve @31kHz wil ik vandaag ook gaan proberen.

In het verleden ook wel eens zitten spelen met analoge treinen laten rijden. Ik kwam eigenlijk bij optie 2. Maar dan eigenlijk permanent. Dus +-32kHz PWM met ik meen een 80Hz software PWM erover.

Wat bedoel je hier precies mee? Deed je een blokgolf van 31Khz periodiek met 80Hz aan en uit schakelen?

Terug gaan in spanning zou ik zeker niet doen. Dan neem je juist een sterk punt van PWM weg en dat is meer kracht. Zelfde geld voor afvlakken.

Die dingen gaan als een raket op 12V, ik heb ook geen hellingen in het tracject en ik wil ze best langzaam laten rijden. Daarom wil ik toch afvlakken proberen. Dit afvlakken heb ik wel nodig icm met de stroombronnen in te treinen om leds continu te laten branden. Ik had bedacht, als ik er nou voor kan zorgen dat de spanning niet onder de 3~4V zakt, zouden de leds continu moeten gaan. En als het niet lukt kan ik altijd nog permalogen.

@Klaas
Heb je ook nooit het probleem dat de motoren van je treinen warm worden? Zorgt de HF factor er voor dat er nauwelijks een stroom door een motor spoel loopt?

EDIT: lama, zie de smoorspoel al

[Ronald1974]

Toch vaag dat dit knipperen oplost op 20Hz. Zorgen die vrijloop diode en die motor er nu samen voor dat de leds niet gek gaan doen? Ik had nooit bedacht dat je daar de spanningspieken van de motor voor kon gebruiken

Laten we eerst vast stellen dat we het over hetzelfde hebben.
Met het knipperen van verlichting bedoel ik dat zowel de frontseinen als de sluitseinen branden aan beide kanten van de trein, dit gebeurd dan ook nog knipperend.
Dit bij gebruik van een Arduino en motor shield.

Dit komt door de hardware van de motor shield.

Als je naar een PWM op basis van een NE555 timer kijkt dan is de werking dat deze met pulsen en halfgeleider in geleiding brengt vergelijkbaar met een schakelaar aan uit.
Aan gaat en stroom door de motor lopen en neemt spanning op, Uit dan blijft de motor draaien de spoelen van de motor (DC) veroorzaken een spannignspiek die je zo snel mogelijk weg wil werken.
Dat doe je met de vrijloopdiode.
De diode zorgt er voor, omdat de afbouwen zo snel gaat krijgen de led's die niet horen te branden bij de rijrichting van de trein ook niet gaan op lichten.
Het maakt hier niet uit of de frequentie nu 20Hz is of 10kHz.
De werking van de schakeling is zo dat de diode de EMK van de motor weg werkt en de half geleider beschermt.

Bij een H brug heb je eigenlijk voor de werking met te maken met twee aan uit schakelaars en of  vier als je de polariteit ook nog wil omdraaien.
Met een H brug kan je DC spanning genereren (wel in blokvorm) en polariteit wisselen maar je kan er ook AC spanning mee genereren (ook  in blokvorm)..
De halfgeleiders van een H brug moeten goed aangestuurd worden (steeds per twee), wat je vaak ziet is dat er niet altijd een mooie verloop is  en dit wordt merkbaar met de led verlichting van je locomotieven.
Er treed bij het genereren van spanning vervuiling op in de af gegeven spannings vorm.
Heb helaas geen scoop meer on dit te meten.

Bij gebruik van 1 halfgeleider heb je te maken met de EMK van de motor en daar gebruik je de diode voor.
Bij een H brug ben afhankelijk van het gedrag van de H brug en de EMK van de motor en de invloed hiervan op de led verlichting.


Mvg Ronald Hofmeester

[bask185]

Laten we eerst vast stellen dat we het over hetzelfde hebben.
Met het knipperen van verlichting bedoel ik dat zowel de frontseinen als de sluitseinen branden aan beide kanten van de trein

ah op die fiets. Die tegen emk van het snel afschakelen van spoelen ben ik ruim bekend mee. Ik dacht alleen dat je hem gebruikte om het knipperen van de front leds op te lossen en ik dacht niet aan het voorkomen van het flikkeren van de sluit leds.

Maar heb jij nu nog steeds het probleem dat de frontseinen knipperen op 20Hz?

Bas

[Ronald1974]

Hoi Bas,

Bij 50 Hz brand een led 10 milliseconden wel en 10 niet.
Bij 20 Hz is dat 25 milliseconden wel en 25 niet.
Toen ik het testen met 20 tot 100 Hz zag ik de ledjes gewoon branden.
Heb geen idee waar de grens licht bij een lage frequentie dat je de leds aan en weer uit ziet gaan (gaan knipperen).
Ik ben slechtziend dus of een ledje bij lage frequentie knippert zal ik niet gauw zien of waarnemen

Mvg Ronald Hofmeester.

[gruspoor]

Hoi Bas,

Bij 50 Hz brand een led 10 milliseconden wel en 10 niet.
Bij 20 Hz is dat 25 milliseconden wel en 25 niet.

Dit is bij een duty cycle van 50/50% = halve lichtsterkte.
De meeste mensen zien 17Hz niet meer knipperen, maar sommige zien 50Hz nog.
Groetjes Gert

Soest in H0