Fahren mit FOC ESC´s - RPM oder Torque Control?

[Jassonde]

Hallo zusammen
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In welchen Modi werden FOC-fähige ESC´s im Wettbewerb gefahren? Unabhängig, was die ESC´s dem Nutzer bieten, kann man die FOC technisch grundsätzlich den Motor auf konstantes Drehmoment oder konstante Drehzahl regeln lassen.
ich habe mit Wettbewerb nichts zu tun und interessiere mich für die Frage mehr im Rahmen meines DIY-FOC-ESC Projektes.

Hatte die Firmware bisher auf Drehzahl regeln lassen und ein bisschen mit Parametern gespielt, welche angeben, wie steil / schnell der FOC-Algorithmus die Zieldrehzahl anfährt.
Für mich erstmal sehr ungewohnt, dass der ESC das ganze Systemverhalten wegabstrahiert und der Wagen mit seiner Geschwindigkeit quasi am Gashebel klebt. Vorallem wenn man das Gas zurück nimmt
tritt eine aktive Bremswirkung auf die Zieldrehzahl ein. Ist aber auch irgendwie cool - ich hab den Eindruck man muss dadurch vor Kurven viel weniger im Hebelweg rumrühren, was mehr Ruhe und Präzision
reinbringt.
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Allerdings fühlt es sich teils auch sehr bissig an, wenn der ESC die Zieldrehzahl quasi mit allem zur Verfügung stehendem Drehmoment ansteuert.

Jetzt experimentiere ich etwas damit, das Drehmoment zu steuern. Also der Hebel an der Funke gibt ein Drehmoment vor. Dann merkt man richtig, wie der Wagen nicht mehr auf die Zielgeschwindigkeit springt, sondern
die Geschwindigkeitszunahme wieder eher einer Rampe gleicht. Fühlt sich sehr viel weicher an das Fahren. Ob das besser ist, steht wo anders

 

[moron]

FOC gibt's nur bei Crawlern. Bei Rennautos ist das völlig unüblich, mir ist zumindest kein Wettbewerbsregler bekannt, der FOC nutzt. Vielleicht liegt das daran, dass zumindest bei den 0-Boost Reglern bzw. 0-Boost Modus FOC explizit verboten ist (nur Blockkommutierung erlaubt). Ansonsten muss man mal ganz im Detail die Regeln anschauen. Beim DMC ist in den offenen Klassen der Regler frei, FOC sollte da also nicht illegal sein.
Daher wirst Du da nicht viel Erfahrungswerte finden und darfst selber dran forschen. Sicher ziemlich subjektiv, ob drehzahlgeregelt oder momentengeregelt besser ist. Ich kann mir gut vorstellen, dass es solche und solche Fahrer gibt.
Andi

 

[Jassonde]

Ah achso - ich dachte immer die Motoren mit Sensor sind alle für FOC gedacht

 

[moron]

Die Hall Sensoren sind ja für FOC eigentlich schon etwas ungenau. Lediglich beim Anfahren aus dem Stillstand helfen die, die Rotorposition wenigstens auf ca. 30° genau zu bestimmen. Sobald der Motor einigermaßen dreht, ist es sehr bald besser, die Rotorposition über die induzierten Ströme (BEMF) zu bestimmen. Je schneller der Motor dreht, desto genauer wird das. Der VESC z.B. schaltet ab einer bestimmten Drehzahl von Sensorbetrieb auf sensorlos um, das ist bei dem einstellbar.
Ich weiß es nicht sicher, aber ich geh schwer davon aus, dass die Crawler FOC Systeme einen Absolut-Encoder im Motor verwenden. Das ist an sich das beste für FOC, zumindest wenn man auf optimal starkes und gefühlvolles Anfahren aus ist, aber man ist von der maximalen Drehzahl eventuell limitiert.

Und noch was, die RC Motoren sind meist auch von der Wicklung her auf Blockkommutierung optimiert. Sieht man schnell, wenn man mal 2 Phasen an ein Oszi hängt und den Motor z.B. mit dem Akkuschrauber durchdreht. Dann sieht man die Wellenform der induzierten Ströme und die ist da fast immer trapezförmig, kein Sinus. Daher kann man wohl die Vorteile von FOC mit solchen Motoren gar nicht so sehr nutzen.
Wie das mit den Wicklungen gemacht wird, weiß ich aber auch nicht im Detail.
Andi

 

[Jassonde]

Und noch was, die RC Motoren sind meist auch von der Wicklung her auf Blockkommutierung optimiert. Sieht man schnell, wenn man mal 2 Phasen an ein Oszi hängt und den Motor z.B. mit dem Akkuschrauber durchdreht. Dann sieht man die Wellenform der induzierten Ströme und die ist da fast immer trapezförmig, kein Sinus.

Ja, das hab ich die letzten Wochen auch gelesen - kannte bisher nur die aufgeheizten Diskussionen (im wesentlichen in Technikforen) in dem Sinne, es gibt keine "Gleichstrom bürstenlosen Motoren" - ich wusste bisher nicht, dass es dabei um den Gleichanteil im Trapez geht.

... fast immer trapezförmig, kein Sinus. Daher kann man wohl die Vorteile von FOC mit solchen Motoren gar nicht so sehr nutzen.

Im Schnitt kann ich das auch nicht sagen - jedenfalls hab ich das unwissentlich ausprobiert bei der Erstinbetriebnahme meiner beiden Eval-ESC-Boards mit den beiden kleinen Billigmotoren die ich hab. Hab die nicht am Oszi gehabt, vermute aber, dass es BLDC´s sind, weil die sicher für Billig-ESC´s designt sind und da macht es nur Sinn, auf Blockkommutierung zu setzten.

Wie das mit den Wicklungen gemacht wird, weiß ich aber auch nicht im Detail. en.

Ick och net - ich vermute, es hat mit der Anordnung der Magnete zu tun. Wobei das schon arg geraten ist.
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Es gibt noch etwas, das ich noch nicht herausbekommen habe - und zwar das Verhältnis von Polpaaren zu Phasen.
Die kleinste Anordnung z.B. die man machen kann ist (mehr theoretisch) 3 Wicklungen und ein 2 poliger Magnet. Vervielfacht man diese Zahlen einfach hoch, dann müssten meine beiden Motoren mit 3*4=12 Wicklungen 2*4 = 8 Magnete haben, die haben aber 14....

 

[moron]

Ist schon etwas verspätet, meine Antwort, sorry. Was ich schreibe, bitte eventuell mit etwas Vorsicht genießen, ich bin zwar Ingenieur, hab aber Maschinenbau studiert, kein Elektrotechnik.
Meines Wissens gibt es bei den Wicklungen immer nur die 3 Phasen, aber durchaus auf mehrere Spulenpaare ("Slots") aufgeteilt (vielfache von 3). Da hast Du ja schon richtig erkannt.
Die Polpaare beziehen sich auf den Rotor mit Permanentmagneten. D.h., durch mehr Polpaare müssen die Wicklungen zwar öfter geschaltet werden, aber beim Umschalten der Wicklungen ist bei höherer Polpaaranzahl der Abstand vom Magneten zur bestromten Wicklung kleiner (höhere Auflösung). Daraus resultiert ein günstigerer Hebelarm, was zu besserem Drehmoment und weniger Ripplen (Drehmomentschwankungen) führt. Aber es besteht wohl kein wirklich rechnerischer Zusammenhang zwischen Polpaaren und Anzahl der Slots.
Zu Art und Weise der Wicklungen zwischen BLDC und PMSM: Die BLDCs haben auf jeder Spule (slot) die gleiche Anzahl Wicklungen, dadurch entsteht eine trapezförmige induzierte Spannung. PMSM (permanenterregte Synchronmotoren) haben Spulen/Slots mit unterschiedlichen Anzahlen von Wicklungen, so dass sich dadurch ein sinusförmiger Verlauf der induzierten Spannung ergibt. Das macht natürlich nur Sinn, wenn es auch mehrere Slots gibt, je mehr, desto höher ist der Sinus augelöst. Ich hab da mal ein schematisches Bild gefunden, was das vielleicht etwas deutlicher macht.