RE: WLAN Moba per ESP32

#1 von Tomnet , 21.12.2019 17:05

Hallo zusammen,
Ich möchte euch hier mein Projekt kurz vorstellen an dem ich seit mittlerweile mehr als 3 Jahre nebenher arbeite.
Meine Motivation für das Projekt rührt daher als ich nach 20 Jahren wieder meine alte analoge H0 Moba von Märklin aufgebaut hatte und diese komplett digitalisieren wollte, jedoch nicht mit den relativ teuren Komponenten die für den digitalen Betrieb notwendig sind sondern mit meinen eigenen Schaltungen. Und da ich schon immer gerne mich mit der Programmierung von uC's beschäftigt hatte war der Weg das Ziel...

Für die Ansteuerung der Loks per PWM verwendete ich anfangs einen Attiny 2313 zum testen, dann den ESP8266 und mittlerweile den ESP32. Meine aktuelle Platine für die Lok beinhaltet neben dem ESP32 einen Treiber für die Ansteuerung des Motors und Telex-Kupplungen falls vorhanden und einen Audio-Verstärker um einen Lautsprecher anzuschliessen. Die Spannung die am Motor anliegt wird per ADC-Wandler überwacht. Der ESP verfügt noch über unzählige Erweiterungsmöglichkeiten für den Anschluss z.B. einer Kamera oder kleine I2C-Breakoutboards wie ein Beschleunigungssensor oder ein Gyroskop, jede Menge freie GPIOs für LEDs (dimmbar) die beim ESP8266 etwas begrenzt sind, Audio über Bluetooth,...
Mit meiner Platine kann ich also jede Lok (analog oder digital) auf DC-Betrieb umrüsten, frei programmieren und über WLAN ansteuern. Vom Platzbedarf her ist die Platine etwas länger als der ESP32 und so groß wie ein herkömmlicher Umschalter von Märklin. Die kleinsten Bauteil sind ein paar Widerstände in der 0402 Größe. Ist also Geduld und eine ruhige Hand gefragt beim zusammenlöten.

Die Rückmelder und Ansteuerung der Weichen, Signale und Entkuppelgleise erfolgt mit ESP8266 und ATmega32 und bald per ESP32 da meine Anlage zur Zeit im Umbau befindet und ich mehr Anschlussmöglichkeiten benötige. Bin noch am überlegen ob ich günstigere Servos anstelle der Variante von Märklin zum Ansteuern der Weichen verwenden soll. Mit einem ESP32 könnte man 16 Servos per PWM ansteuern.

Die Steuerung der Anlage erfolgt über ein grössten Teils selber geschriebenes webbasiertes Programm mit mySQL-Datenbank im Hintergrund. Die Kommunikation mit den Loks und Rückmeldemodule und Weichensteuerungen erfolgt über Websockets in Echtzeit. Hatte zwischenzeitlich MQTT implementiert, die Kommunikation ist aber nicht ganz so schnell wie über Websockets. Das ganze zu Programmieren hat einiges an Zeit in Anspruch genommen da Javascript und php Programmierung neu für mich waren und auch immer wieder neue Ideen eingeflossen sind. Lediglich für die grafische Darstellung der Stecke hatte ich auf https://www.traxeditor.com zurückgegriffen. Dies ist ein browserbasiertes Planungstool für Mobas aller Art. Dort kann man seine Strecke erstellen und das ganze dann exportieren. Die Strecke hab ich dann bei mir implementiert.

Alles was ich jetzt für den Betrieb meiner Anlage benötige ist ein WLAN-Router, ein PC, ein Browser mit dem Steuerungsprogramm und eine 16V DC-Stromquelle. Das ganze kann man auch über ein Tablet oder Smartphone bedienen, die Darstellung lässt aber noch zu wünschen übrig, ist noch nicht wirklich responsiv.
Das wichtigste für mich ist aber dass das digitale Steuersignal auf der Schiene nicht notwendig ist und somit ich mein Ziel erreicht habe und ich meine Loks separat ansteuern kann. Es gibt natürlich einiges an Optimierungsbedarf und ein paar Problemchen die noch gelöst werden müssen aber prinzipiell funktioniert es.

Mein nächstes Ziel ist den vollautomatischen Betrieb zu realisieren. Die Streckenplanung funktioniert schon mal...

Bei Interesse kann ich hier über weitere Details berichten.
Schöne Grüße


Tomnet  
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RE: WLAN Moba per ESP32

#2 von Stadtbahner , 21.12.2019 18:02

Ja Bitte, erzähl mehr davon. Hast du auch Bilder parat?


Viele Grüße, Stadtbahner

Meine kleine Parkettbahn "Bärlin", neu: Liliput 202 003 UmAn.
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RE: WLAN Moba per ESP32

#3 von Analogbahner , 21.12.2019 18:57

Der Link www.traxx.com führt zu einer Plattform, die etwas mit Tanzen zu tun hat.

Zitat
Traxx.com is in development and will become an artist to fan dance music network allowing music to stay creative from the source.



Ich habe zwar null Ahnung von Digital und Programmierung, aber ich begrüße es immer, wenn jemand einen anderen Weg einschlägt (und einschlagen kann), der vom Monopol der Hersteller unabhängig macht. Ich betrachte WLAN zwar skeptisch, weil eine Signalübertragung für mich durch ein Kabel immer noch besser sein muss - aber warum nicht? Nebenbei möchte ich auf das haptische Gefühl eines Fahrtreglers nicht verzichten (deshalb lehne ich das neueste handybasierte Lego-Technik-Gedöns ab), aber wenn das mit Fahrtreglern und „echten“ Schaltern ausbaufähig ist, ist das ziemlich genial.

Viel Erfolg!


Gruß Analogbahner

Ich wurde gesperrt und kann nichts mehr schreiben. Deshalb bedanke ich mich bei allen für die schöne Zeit hier an dieser Stelle. Ich habe mir bei keinem Beitrag etwas vorzuwerfen und verlasse kopfschüttelnd das Forum. Meine nächste Teppichbahn ist in Planung und wird ohne euch stattfinden. Die Tipps und Diskussionen hier waren immer eine Bereicherung. Tschüß.


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RE: WLAN Moba per ESP32

#4 von Tomnet , 21.12.2019 19:33

Hier noch der korrekte Link: https://www.traxeditor.com

Man kann sicherlich auch Schalter und Drehregler verwenden für die Steuerung der Moba und die Signale per Wlan übertragen um ein realistisches Fahrvergnügen zu vermitteln. Das sollte kein Problem sein.

Ich mach ein Video und ein paar Screenshots und stell sie hier online.


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RE: WLAN Moba per ESP32

#5 von Analogbahner , 21.12.2019 20:34

Danke für den Link. Ich benutze Wintrack (ältere Version), brauche Traxx also nicht (zumal man sich auch noch anmelden muss), aber Wintrack ist echt unpraktisch bei Modulplanung. Einfache Modul-Bretter, die z.B. etagenweise zu mehreren Ebenen gestapelt sind, lassen sich in Wintrack nur mühsam darstellen. Deshalb schaue ich mir Traxx vielleicht mal näher an. Später. Allerdings vermeide ich englische Programme wo es nur geht - da quäle ich mich oftmals nur durch. Und jetzt muss erstmal Weihnachten überlebt werden...

Wenn ich dein System richtig verstanden habe, umgehst du komplett irgendwelche vorgegebenen Protokolle und Busse, sondern sprichst die Motoren mit deiner eigenen Methode an, richtig?

Dir ein frohes Fest!


Gruß Analogbahner

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RE: WLAN Moba per ESP32

#6 von Tomnet , 23.12.2019 21:36

Hallo Jochen,
danke für deine Rückmeldung. Bin dir noch eine Antwort schuldig.
Genau, mein System ist komplett unabhängig von Protokolle und Bussysteme. Theoretisch könnte man bestimmt auch eine Schnittstelle zu einem etablierten Protokoll oder Bussystem herstellen falls es das nicht schon gibt.

Bei mir versucht eine Lok oder ein Rückmeldemodul sich bei meiner Steuerung anzumelden sobald sie auf die Gleise gestellt wird, bzw. mit Strom versorgt wird nach dem Server/Client Prinzip über Web-Sockets. Jede Lok bekommt beim Flushen des Programms eine ID für die Anmeldung an der Steuerung. Das Flushen erfolgt ebenfalls komfortabel per WLAN falls mal ein Update ansteht. Nach der Anmeldung kann ich dann verschiedene Aktionen ausführen, z.B. Beschleunigen, Stopp, Fahrtrichtung wechseln, Telex-Kupplung vorne oder Hinten getrennt ansteuern, Beleuchtung und Führerstandsbeleuchtung vorne oder Hinten getrennt. Bei einer Lok hab ich auch grade einen Test mit einem Audio-Verstärker und kann auch verschiedene Geräusche abspielen. Die Konfguration der ganzen Anlage z.B. welche Lok kann was, wie ist die Strecke aufgebaut, welche Weiche ist mit welchem Block verbunden, usw. ist in der Datenbank festgelegt.

Zukünftig sollen mehrere Loks in den Automatikmodus versetzt werden können, d.h. sobald die Automatik an der Steuerung gestartet wird, wird ein zufälliger Zielblock pro Lok festgelegt, die Route errechnet und die Steuerung übernimmt den Rest. Per Simulation (kann meinem System vorgaukeln dass in einem bestimmten Block eine bestimmte Lok steht) funktioniert das ganze schon mal....

Jetzt muss ich aber erst mal meine Anlage nach dem Umbau neu verkabeln, ein zusätzliches Rückmeldemodul und Weichenmodul aufbauen und noch die eine oder andere Lok umbauen... Die Zeit dafür zu finden ist das größte Problem.

Der Traxxeditor hat zu meiner Steuerung super gepasst, weil ich eine Darstellung meiner Strecke für meine browserbasierte Steuerung gesucht habe. Hab die Darstellung der Steecke versucht interaktiv zu gestalten, z.B. anklicken der Weiche schaltet diese, Route pro Lok wird dargestellt...

Bilder und ein Video von der Steuerung und von der Anlage folgen in Kürze...

Schöne Feiertage, bis demnächst


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RE: WLAN Moba per ESP32

#7 von Babbel , 24.12.2019 11:59

Hallo Thomas,

als ich vor 1 Jahr auch wieder mit der Moba anfing, hatte ich auch die Idee alles selbst zu entwickeln. Doch nun habe ich mich für den Mittelweg entschieden, an der Anlage gibt es genug zu Tun. Ich fahre mit der MS2 und Steuere meine Anlage über RocRail aber sämtliche Aktionen (Weichen, Signale, Rückmelder,....) werden, durch ESP8266 NodeMcu Module, über Wlan und MQTT von oder an RocRail gemeldet.

Ich bin auf die genauere Vorstellung, inkl. Bilder, deines Projekts gespannt

Grüße und ein frohes Fest

Berthold


Ja M-Gleise weil es immer so war
Ich bin nur ein Schreiner dem man ein Multimeter geschenkt hat.
Märklin empfiehlt den gemeinsamen Rückleiter https://www.maerklin.de/fileadmin/media/...ik-Tipp-407.pdf
Im Schattenbahnhof sollte das zuverlässigste Gleis- und Weichenmaterial verwendet werden. = M-Gleis, seit 60 Jahren kein Ausfall.
RocRail mit WIO


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RE: WLAN Moba per ESP32

#8 von Hardi , 13.01.2020 19:38

Hallo Thomas,

das klingt super interessant.

Bitte zeig uns mehr.


Und ganz wichtig: Wirst Du die Quelldaten veröffentlichen?

Ich habe mein kleines Projekt viewtopic.php?f=7&t=165060&sid=135bc0482dedc270a918748bdc4e8ba5&sd=a&start=0 fast auf den Tag genau ein Jahr vor Deinem veröffentlicht und seit dem sehr viel positives Feedback von den Stummis bekommen so dass ich sagen kann, dass sich die Veröffentlichung unbedingt gelohnt hat.

Hardi


Haltet Euch unbedingt von diesen Seiten fern:
viewtopic.php?f=7&t=165060
https://wiki.mobaledlib.de/
sonst wird Eure Anlage niemals fertig…

Unsere Anlage findet Ihr hier:
RE: Unsere Kinder und Vater Anlage(n)


 
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RE: WLAN Moba per ESP32

#9 von Pirat-Kapitan , 13.01.2020 21:13

Moin Thomas,
ich kenne einige Beiträge zur Loksteuerung via WLAN, vor vielen Jahren bereits mittels RasPi (auch professionell / durch Rollmaterialhersteller vertrieben), so dass Du m.E. die Besonderheiten Deiner Steuerung im Vergleich zu bereits bestehenden aufzeigen solltest. Die reine Adaptation auf einen anderen Microprozessor ist in meinen Augen zu wenig.

Schöne Grüße
Johannes


Spur G im Garten, H0m im Hause. Lenz LZV100 mit Rocrail auf RasPi, Manhart-Funky und RocoWLM.


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RE: WLAN Moba per ESP32

#10 von oli4 , 18.07.2020 00:47

hallo thomas,
habe vor ca. 10 bis 15 jahren sowas entwickelt, mit der damals zur verfügung stehenden technologien wie Atmel AVR und 802.15.4 funk. siehe hier im stummis unter Funk-Digitalsteuerung Eigenentwicklung.

gruss
oli4


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RE: WLAN Moba per ESP32

#11 von tibaum , 19.07.2020 01:51

Hallo Thomas,
Du hast geschrieben das Du für die Kommunikation zum Lokdekoder Websockets verwendest. Wie lange braucht denn ein Dekoder zum Verbindungsaufbau zum Server?
Gruß
Timo


 
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RE: WLAN Moba per ESP32

#12 von Tomnet , 17.09.2020 23:48

Hallo Timo,
Der Verbindungsaufbau über WebSocket dauert zur Zeit ca. 2 Sekunden, ab und zu auch ein oder zwei Sekunden länger, vermutlich weil das anmelden an das WLAN der Lok sich verzögert.
D.h. ich stell die Lok auf die Gleise. Die Lok meldet sich im WLAN an, dann versucht die Lok permanent sich über Websocket mit dem Server zu verbinden.
Hab zur Zeit ein Problem mit dem Server dass dieser abstürzt sobald sich mehrere Loks gleichzeitig anmelden wollen. Hab deshalb ein Delay abhängig von der Lokadresse eingebaut als Zwischenlösung.
Nachdem Verbindungsaufbau reagiert die Lok auf einen Befehl (z.B. Beleuchtung an) quasi in Echtzeit. Sicherlich gibt es ein paar Millisekunden Verzögerung wenn z.B. die Geschwindigkeit verändert wird. Das liegt aber eher an der Anzahl der Befehle die schnell nacheinander gesendet werden als an der Übertragungsgeschwindigkeit über Websockets.
Schöne Grüße,
Thomas


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RE: WLAN Moba per ESP32

#13 von Tomnet , 18.09.2020 00:37

Zitat

hallo thomas,
habe vor ca. 10 bis 15 jahren sowas entwickelt, mit der damals zur verfügung stehenden technologien wie Atmel AVR und 802.15.4 funk. siehe hier im stummis unter Funk-Digitalsteuerung Eigenentwicklung.

gruss
oli4



Hallo Oli,
hab mir dein Projekt grade angeschaut. Hut ab. Wirklich sehr gelungen, vor allem die Regelung des Motors ist sehr beeindruckend.

Meine Loks von Märklin haben alle noch den ursprünglichen Motor drin. Steuer den Motor zur Zeit lediglich über ESP32 und L293DD per PWM an ohne Regelung. Das funktioniert soweit auch ganz gut aber die Geschwindigkeitssteuerung von Lok zu Lok ist eben sehr unterschiedlich.
Möchte deshalb eine Motordrehzahlmessung einbauen um dann PWM nachzuregeln bis die gewünschte Drehzahl erreicht ist. Muss mal schauen wie man das mit diesen Motoren umsetzen kann, bzw. ob das überhaupt geht.

Du möchtest ein Upgrade machen von deinem zbus von Funk auf Wlan. Da bietet sich der ESP32 auf jeden Fall an.
Ich hatte ja mit dem ESP8266 angefangen, hab auch noch einige Loks die mit dem laufen. Da steigt aber hin und wieder der Chip aus und macht ein reboot. Möchte deshalb auch diese Loks auf den ESP32 umrüsten, das einzige was fehlt ist Zeit. Was diese reboots auch verursachen können sind EMV-Probleme da das Verhalten von Lok zu Lok unterschiedlich ist. Da bin ich aber jetzt nicht der Experte darin diese vermeindlichen EMV-Probleme "mal kurz" zu beheben.
Hab eine Platine entworfen für den ESP32. Die scheint stabiler zu laufen.
Viel Spaß weiterhin und gutes Gelingen.
Schöne Grüße,
Thomas


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RE: WLAN Moba per ESP32

#14 von vikr , 18.09.2020 01:03

Zitat

Für die Ansteuerung der Loks per PWM verwendete ich anfangs einen Attiny 2313 zum testen, dann den ESP8266 und mittlerweile den ESP32. Meine aktuelle Platine für die Lok beinhaltet neben dem ESP32 einen Treiber für die Ansteuerung des Motors und Telex-Kupplungen falls vorhanden und einen Audio-Verstärker um einen Lautsprecher anzuschliessen. Die Spannung die am Motor anliegt wird per ADC-Wandler überwacht. Der ESP verfügt noch über unzählige Erweiterungsmöglichkeiten für den Anschluss z.B. einer Kamera oder kleine I2C-Breakoutboards wie ein Beschleunigungssensor oder ein Gyroskop, jede Menge freie GPIOs für LEDs (dimmbar) die beim ESP8266 etwas begrenzt sind, Audio über Bluetooth,...

Die Rückmelder und Ansteuerung der Weichen, Signale und Entkuppelgleise erfolgt mit ESP8266 und ATmega32 und bald per ESP32 da meine Anlage zur Zeit im Umbau befindet und ich mehr Anschlussmöglichkeiten benötige. Bin noch am überlegen ob ich günstigere Servos anstelle der Variante von Märklin zum Ansteuern der Weichen verwenden soll. Mit einem ESP32 könnte man 16 Servos per PWM ansteuern.

Die Steuerung der Anlage erfolgt über ein grössten Teils selber geschriebenes webbasiertes Programm mit mySQL-Datenbank im Hintergrund. Die Kommunikation mit den Loks und Rückmeldemodule und Weichensteuerungen erfolgt über Websockets in Echtzeit. Hatte zwischenzeitlich MQTT implementiert, die Kommunikation ist aber nicht ganz so schnell wie über Websockets.


Konkurrenz belebt das Geschehen!
Es gibt da ja gerade wieder einen richtigen Hype.
viewtopic.php?f=5&t=106570
Vor einigen Jahren gabe es etwas ähnliches auch schon von Roco "Next Generation"
https://www.roco.cc/de/news/items/NEXT-Video/index.html
http://www.forum.hag-info.ch/forum/index...ation/&pageNo=1
viewtopic.php?p=1782711#p1782711
Die zugehörige APP gibt es im Playstore immernoch:
https://play.google.com/store/apps/detai...lanet.com&hl=de

Aktuell gibt es auch eine sehr starke und umfassende Konkurrenz auf Basis des ESP32 z.B. bei Rob:
https://wiki.rocrail.net/doku.php?id=arduino:wio-overview-de


Die an die Z21 angelehnten Projekte, wie die z21pg viewtopic.php?p=1776536#p1776536 setzen auf den ESP8266.

Aber auch in jeder DiMo (Digitale Modelbahn) der letzten zwei Jahre gab es mind. ein WLAN-Projekt, meistens auf Basis des ESP8266.

Und nicht zuletzt wittern auch die kleinen und großen Firmen ihre Möglichkeiten, zumal Roco (mit Zimo) und (nur ein bißchen vielleicht) auch Märklin ja mit ihren offen gelegten Spezifikationen den Weg weisen, um sich nicht ganz von der bisherigen Infrastruktur abzukoppeln.

MfG

vik


Märklin? OK! - aber richtig schön - erst mit ohne Pukos... :-)


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RE: WLAN Moba per ESP32

#15 von Tomnet , 19.09.2020 02:12

Hallo zusammen,
danke für die Infos. Scheint wohl einiges am Laufen zu sein was das Thema WLAN-Betrieb betrifft.

Hier noch ein Video von meiner Steuerung:



Das Video ist jetzt nicht superelegant geworden, aber ich denke mal die Grundfunktionen werden kurz gezeigt.
Schöne Grüße
Thomas


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RE: WLAN Moba per ESP32

#16 von oli4 , 31.10.2020 18:28

hallo thomas,

Zitat
Möchte deshalb eine Motordrehzahlmessung einbauen um dann PWM nachzuregeln bis die gewünschte Drehzahl erreicht ist. Muss mal schauen wie man das mit diesen Motoren umsetzen kann, bzw. ob das überhaupt geht.



doch doch, das geht! das machen übrigens alle lokdecoder-hersteller. in der modelleisenbahnwelt nennt man es "lastregelung" (während der rest des universums dies sensor-lose geschwindigkeitsregelung nennt ). dazu muss man den PWM zyklisch (ca. 100 mal pro sekunde) ein oder zwei millisekunden lang ausschalten und die spannung am motor messen. der dc-motor wirkt dann kurz als generator, und induziert eine spannung proportional zu seiner geschwindigkeit. du musst dann genau zu diesem zeitpunkt per ADC (zwei kanäle) die spannungsdifferenz an den beiden motorpolen messen. und schon hast du einen tachometer...

...damit sind alle informationen vorhanden, die ein PID-regler braucht, um die geschwindigkeit zu regeln. klar, so eine regelung einzuführen braucht dann noch viel zeit fürs tuning und optimieren.

gruss
oli4


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RE: WLAN Moba per ESP32

#17 von Tomnet , 31.10.2020 20:41

Hallo Oli,
danke für deine Rückmeldung.
Du meinst die Gegen-EMK zu messen bei ausgeschaltetem PWM.
Dass man die Differenz der beiden Motorpole benötigt hat mir noch gefehlt. Danke für die Info.
Aber prinzipiell war auch das meine Überlegung. Nur die Frage ist ob das auch ohne Dauermagneten des Motors geht, da die Standard-AC-Motoren von Märklin nur eine Elektromagnetspule haben. Ohne den Dauermagneten kann wohl keine Spannung bei ausgeschaltetem PWM durch die Drehung des Rotors induziert werden.
Könnte das ganze so gestalten die Elektromagnetspule dauerhaft mit Spannung zu versorgen und die Spulen des Rotors per PWM anzusteuern. Über den LM293DD könnte man das realisieren, der hat 4 chanels und zwei Enables. D.h. man kann zwei unterschiedliche PWM Signale erzeugen und unterschiedlich ein/ausschalten, sprich den Elektromagneten über chanel1 mit einem PWM ansteuern und den ersten Enable dauerthaft eingeschaltet lassen und den Rotor über den zweiten Enable und Chanel 3 mit demselben oder auch unterschiedliche PWM-Werten ansteuern und den zweiten Enable mit 100Hz ein/ausschalten und dabei über den Shunt die induzierte Spannungen über die ADCs zu messen sobald der Enable aus ist. Da der Elektromagnet dann dauerthaft an ist müsste so die Gegen-EMK messbar sein.

Wäre ein bisschen schade das ganze so zu machen da ich den zweiten Enable eigentlich für Telex oder Rauchgenerator geplant habe und so auch im Einsatz habe. Anderseits könnte man durch getrennte PWM für die Elektromagnetspule und den Rotor ggf. noch mehr Dynamik vom Motor rausholen was aber zu testen ist. Bin nicht 100% sicher ob die Elektromagnetspule den Dauerbetrieb in DC aushält wenn man diese separat vom Rotor ansteuern würde...
Soweit die Theorie... was fehlt ist die Zeit zum testen...
Schöne Grüße, Thomas


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RE: WLAN Moba per ESP32

#18 von oli4 , 31.10.2020 23:56

ach so... habe ich mir gar nicht überlegt. bei AC-motoren scheint das ganze etwas komplizierter zu sein.


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