Devo cambiare il mio servosistema da motori brushed a brushless?

Ho un robot che utilizza motori spazzolati nel suo servosistema. Questi sono motori Maxon 3W, con riduttori epicicloidali 131: 1. I motori sono controllati da un microcontrollore PIC, che esegue un controller PID 1kHz. I servi sono per un'applicazione a coppia elevata a bassa velocità. Vi è un notevole contraccolpo tra il sensore e il motore.

Maxon offre motori brushless da 12 W delle stesse dimensioni. Questi sono migliori in molti modi: raddoppiare la coppia, migliore dissipazione del calore, maggiore efficienza.

Il problema, ovviamente, è che richiedono componenti elettronici di azionamento più complessi. Inoltre, ho sentito un paio di persone menzionare che i motori a spazzole sono migliori per le applicazioni servo, anche se non hanno mai spiegato il perché.

• Qualcun altro ha implementato questo tipo di sistema?
• Ci sono dei gotcha quando si usano motori spazzolati per i servi?
• È possibile servirlo a bassa velocità se ho solo i 3 sensori Hall digitali integrati e nessun encoder? (Preferirei non aggiungere un codificatore a causa del costo del denaro e dello spazio)
• L'increspatura della coppia potrebbe essere un problema?

I motori a spazzole sono più facili per i servosistemi, ma non sono migliori. Molti servosistemi di fascia alta sono brushless / AC.

È possibile controllare i motori a bassa velocità con solo 3 sensori hall. Non vuoi davvero la commutazione trapezoidale, specialmente a basse velocità, quindi potresti aggiungere un encoder o stimare la posizione del rotore se necessario.

È possibile stimare la posizione del rotore solo con sensori di hall / corrente ma se ci sono molti disturbi esterni non funzionerà molto bene.

È improbabile che l'ondulazione di coppia sia un problema, ovviamente dipende dall'applicazione. Metodi di commutazione più avanzati (vettore sinusoidale o di flusso) essenzialmente eliminano l'ondulazione di coppia.

Dici che la tua applicazione è a bassa velocità, ma stai anche usando un cambio 131: 1. Quali RPM vede normalmente il motore? In realtà non è un'applicazione a bassa velocità se il motore funziona al 30% + dei suoi giri nominali. Anche i sensori di hall hanno una risoluzione molto elevata dopo aver subito una tale riduzione, quindi potresti non aver davvero bisogno di prestazioni a bassa velocità sul motore stesso.

IMHO Dato che il tuo attuale sistema ha un notevole contraccolpo tra il sensore e i motori, non riesco a immaginare un sistema brushless che faccia peggio anche con le sale / commutazione trapezoidale.

Nell'industria esiste una forte preferenza per i motori senza spazzole a manutenzione ridotta rispetto ai motori con spazzole a manutenzione relativamente elevata. Mentre il primo potrebbe essere più costoso in termini di motore stesso ed elettronica dell'azionamento, la riduzione a lungo termine dei costi di manutenzione di solito comporta un costo aggiuntivo in conto capitale.

Come suggerisce user65 , potrebbe essere necessaria una commutazione sinusoidale per evitare l'ondulazione di coppia a basse velocità, a seconda di come si progetta il sistema e di quanto sia necessario il controllo della velocità.

L'articolo Uno studio comparativo dei metodi di commutazione per ... ha alcuni interessanti metodi di commutazione delle informazioni, che potrebbero essere utili.

Alla fine, però, penso che evitare l'uso degli encoder sia una falsa economia.

A differenza delle sale, hanno il netto vantaggio di non essere legate alla rotazione del motore , ovvero non devono andare sull'albero del motore. Potresti posizionarli sul lato di carico del cambio, che ti permetterà di quantificare gli effetti precisi del gioco nel cambio.

Ciò consentirebbe di eseguire la compensazione del gioco nel software, eseguire doppi loop di servocomandi (uno per il rilevamento della posizione con compensazione del gioco e un altro per un controllo della velocità più immediato) e in generale assumere un controllo molto più preciso del sistema sia ad alta che a bassa velocità.