RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#451 von CDC-User , 03.03.2018 09:46

Hallo Martin,

Zitat

Um ehrlich zu sein, ja habe ich. Die waren aber alle zustimmender Natur.

Da hast du ja Glück gehabt, das sah bei mir noch ganz anders aus.

Zitat

Aber wie mit der konkreten Frage von Stephan umgegangen wurde ist schon echt schwach. Da würde ich mir mehr von einem techn. Support erwarten.

Mehr erwarten, - naja, mehr erhoffen wohl eher. Es ist jedoch eher nicht anzunehmen, dass man dort gut qualifizierte Ingenieure o.ä. für den techn. Support abstellt.


Zitat

Was ich so gehört habe, soll es noch einen sehr guten Decoder geben, den mld3 von Märklin, von meiner Seite aber alles nur hören sagen. Der soll auch ein autom. Einmessverfahren haben, was deutlich besser als das von ESU ist. flaster:

Schade, dass ich für Tests gerade keine Zeit habe, sonst könnte ich mich mal heranwagen. Würde mich nämlich auch interessieren.


Zitat

Alle mir bekannten anderen Decoder, auch der D&H, bewerten immer irgendwie direkt die Gegen-EMK des Motors. Gut beim D&H wird die mittels einem Comparator mit einer vom DAC erzeugten Spannung verglichen und bei den anderen geht die Gegen-EMK direkt per ADC in den Controller zur Soll-Ist-Delta-Erfassung.

Ich habe zumindest nichts gegenteiliges festgestellt. Außerdem sind die Messpausen bei allen sehr groß, was für Glockenankermotoren absolut ungeeignet ist. Henner hatte das auch schon beschrieben.


Zitat

Und es gibt halt viel mehr Auswahl und eine deutlich größere Preisspanne bei bestimmten Produkten. So bekommt man bei DCC z.B. Decoder angefangen von 12€ bis an die 40 oder so.

Also wenn das Preis-Leistungs-Verhältnis passt, brauche ich keine große Auswahl der Anbieter. Wenn ich einen DCC Decoder für unter 20€ kaufe erwarte ich auch entsprechend wenig im Vergleich zu einem der 30 - 40€ kostet. Bzw. erwarte ich von einem 30 - 40€ teuren entsprechend mehr.
Im Vergleich der Motorregelungen bleiben z.B. viele DCC Decoder hinter meinen Erwartungen zurück, am Preis des deinen gemessen. Und wie ich von dir weiß, ist der Preis bei dir aufgrund der sehr niedrigen Stückzahlen schon höher, was also dieses Missmatch beim Preis-Leistungs-Verhältnis nochmals verstärkt.

Zitat

Und es gibt halt viel mehr Auswahl

Wills jetzt gerade du mir eher zu DCC raten? Ich finde es ist nicht die Auswahl entscheident, sondern der Funktionsumfang. Ich brauche keine 10 verschiedene Rückmeldemodule, es reicht eines mit dem richtigen Funktionsumfang. Meiner Meinung nach ist das ein Vorgaukeln einer vielfalt, die eigentlich nicht vorhanden ist. Das ist auch der Grund, warum der Eindruck von der Kompatibilität sooo vieler versch. Produkte unterschiedlicher Hersteller entsteht. In der Praxis zeigt sich mir jedoch ein anderes Bild. flaster:


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#452 von Martin_G , 03.03.2018 17:58

Hallo Hermann,

Zitat

Also wenn das Preis-Leistungs-Verhältnis passt, brauche ich keine große Auswahl der Anbieter.

Ich muss ausdrücklich sagen, dass ich das nicht so handhabe, aber das Preisleistungsverhältnis kann man nur richtig bestimmen, wenn es mehrere Anbieter gibt. Bei einer Monopolstellung, wie bei mir, könnte man im Prinzip jeden Preis verlangen. Ein "passendes" Preisleistungsverhältnis ergibt sich doch erst durch mehrere Angebote.

Für meine Preispolitik ist nur wichtig, dass ich am Ende nicht draufzahle, Profit mache ich nicht.


Zitat

Wills jetzt gerade du mir eher zu DCC raten? Ich finde es ist nicht die Auswahl entscheident, sondern der Funktionsumfang.

Ne ich will dir hier zu weder noch raten. Was du für dich am sinnvollsten erachtest musst du selbst wissen. Ich möchte nur ehrlich auf die tatsächlich vorhandenen Schwächen hinweisen. Das hat etwas mit Ehrlichkeit und Transparenz zu tun.
Mir persönlich reicht mein System natürlich und ich brauche auch keine X Module verschiedener Hersteller, wenn es das eine gibt, welches alle Anforderungen erfüllt. Darum gibt es bei C-Digital eigentlich auch nur 3 Komponenten (Central Unit, Control, Abschnittsmodule) und damit ergeben sich schon viele Möglichkeiten.

Zitat

Man bekommt eine Antwort des Systems y(t). Dann wird es interessant, weil man ...

Da hast du aber einen wichtigen Schritt ausgelassen. Das Lösen des Faltungsintegrals


Zitat

Ob das in der Parix so funktioniert, wage ich stark zu bezweifeln. Ebenso bezweifle ich, dass die Decoder-Entwickler bei den Herstellern eine Regelung für DC-Motoren wirklich entwickelt haben. Ich habe mehr den Eindruck als wurde eine Regelung gebastelt. Ansonsten erklärt sich mir manchens Verhalten, welches ich durch Sprung-Signale bei der Rückführgröße am Regelungseingang am Ausgang des Systems bekommen habe nicht!
Da hat wohl jemand beim Basteln der Regelung / des Systems die Stabilitätskriterien nicht geprüft.

Ich glaube auch nicht, dass man da wirklich entwickelt hat.
Also:
- System Motor mit allen relevanten DGLen beschreiben mit Berücksichtigung des Motortreibers bzw. der H-Brücke
- Regelungsverhalten der im Microcontroller implementierten Regler math. beschreiben
- Regenlungsstrucktur aufbauen
- Übertragungsfunktion aufstellen
- Frequenzgang ermitteln über die offene Übertragungsfunktion
- Ortskurve zeichnen -> Prüfe Stabilität nach Nyquist-Kriterium
- Mit Hilfe der charakt. Gl. die Stabilität mit dem Hurwitz-Krit. ermitteln
- Genügend stationäre genauigkeit des Regelkreise sicherstellen
- Einfluss der unterschiedlichen Regelglieder bestimmen
- Dominante Pole der Übertragungsgleichung des Reglers durch Nullstellen der Ü.gl. des Reglers kompensieren
- Regelungsparameterbereiche ermitteln; da Motor VZ1 und PI-Regler VZ1 = VZ2 Verhalten => Verfahren nach Ziegler und Nichols (nur ohne Totzeitglied)
- Regelungsparameterbereiche ermitteln; Wendetangenten-Verfahren und dann nach Faustformel z.B. von "Samal"

... Ich habe das so in etwa bei meiner Regelung gemacht.

Zitat

Ansonsten erklärt sich mir manchens Verhalten, welches ich durch Sprung-Signale bei der Rückführgröße am Regelungseingang am Ausgang des Systems bekommen habe nicht!
Da hat wohl jemand beim Basteln der Regelung / des Systems die Stabilitätskriterien nicht geprüft.

Ja, hätte man nach Nyquist oder Hurwitz geprüft, dürfte das nicht passieren.


Nochmal zum Gleichstrom vs. PWM-Betrieb von DC-Motoren.
Im Gleichstromfall läuft das System Motor nach 4*tau_m im "eingeschwungenen" Zustand. Bei hochfrequentem PWM-Betrieb hat man mit jedem PWM-Impuls mit der Impulsantwort des Systems Motor (bzw. der Strecke) umzugehen.
Soweit zunächst nur das System des DC-Motors.
Ist dieser dann in eine Regelung integriert, als Strecke, kommt auch noch das Eigenverhalten des Stellers und des Reglers hinzu.
PWM-Betrieb mit Regelung und Gleichstrombetrieb mit Regelung sind absolut nicht das "gleiche".

Du kannst gerne die von mir hochgeladenen Bilder aus den FH-Datenblättern verwenden.


Grüße,
Martin

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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#453 von SAH , 04.03.2018 19:06

Guten Abend Hermann und Martin,

einen praktischen Einwurf/Einwand zur PWM-Steuerung von DC-Motoren habe ich allerdings:
Die Motoren sind grundsätzlich RL-Glieder, die eine Zeitkonstante tau=L/R haben. Benutze ich eine PWM mit einer Frequenz <=1/tau kann der Motor elektrisch (und wahrscheinlich auch mechanisch) darauf reagieren: der Stromverlauf nähert sich der Spannung an. Ist die Frequenz > 1/tau so sinkt die Stromaufnahme immer mehr und nimmt zuerst eine Dreieckskurve an, später (ab f>5/tau) nähert sich sich einer Geraden. Das lässt sich sehr leicht mit Hilfe eines Shunts nachsehen, der grundsätzlich U=R*I anzeigt.
Und nun kommen die Frequenzen:
bei den eisenhaltigen Reihenschlussmotoren haben wir z.B. 4,4 mH und 9 Ohm (BR 89 005/3000.1), ergibt ca. 2 kHz Grenzfrequenz
bei Faulhaber 1717-12S z.B.: 0,32mH und 18,8Ohm (BR C/KWStE, 3311.1) ergibt 58,7 kHz Grenzfrequenz
bei Athlonix-Glockenanker z.B.: 0,26 mH und 12,6 Ohm (BR 50.40/37040) ergibt 48,5 kHz Grenzfrequenz und schließlich
aktueller Hochleistungsmotor z.B. 3,4 mH und 7,8 Ohm (E50 048/37852) ergibt 2,3 kHz Grenzfrequenz.

Nimmt man nun 5f_g als Mindestfrequenz, so sind für die eisenhaltigen Motoren ca. 12 kHz und für die Faulhaber mindestens 300 kHz notwendig.
Es sei denn, ich habe hier einen Denkfehler. flaster:

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#454 von Martin_G , 05.03.2018 12:46

Hallo Stephan-Alexander,

Zitat

einen praktischen Einwurf/Einwand zur PWM-Steuerung von DC-Motoren habe ich allerdings:
Die Motoren sind grundsätzlich RL-Glieder, die eine Zeitkonstante tau=L/R haben. Benutze ich eine PWM mit einer Frequenz <=1/tau kann der Motor elektrisch (und wahrscheinlich auch mechanisch) darauf reagieren: der Stromverlauf nähert sich der Spannung an. Ist die Frequenz > 1/tau so sinkt die Stromaufnahme immer mehr und nimmt zuerst eine Dreieckskurve an, später (ab f>5/tau) nähert sich sich einer Geraden. Das lässt sich sehr leicht mit Hilfe eines Shunts nachsehen, der grundsätzlich U=R*I anzeigt.

Ja, das stimmt soweit alles, denke ich. Für die Motoren mit Eisenkern, die haben ja von Haus aus eine deutlich höhere Induktivität (~Faktor 10 bis 30 bei etwa gleicher Dimensionierung), verschwindet der Stromrippel so ab 6 kHz.
Bei den eisenkernlosen Motoren ist das mitnichten so. Man braucht entweder eine viel höhere PWM oder man erhöht durch zusätzliche Drosseln in den Motorleitungen künstlich die Induktivität, um den Stromripple zu minimieren. (Oder man macht beides.)

Zitat

für die Faulhaber mindestens 300 kHz notwendig.


Es ist nicht zwingend notwendig am Ende eine Gerade zu bekommen, um die thermischen Verluste gering zuhalten und damit die Lebensdauer und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Man muss also nicht unbedingt mit f_PWM >= 5 * 1/tau herangehen. Das 2 bis 3 Fache liefert schon sehr gute Ergebnisse. Man darf ja auch nicht die Leistungsstufe vergessen, die diese hohen Frequenzen dann schalten können muss. Motortreiber die das können sind teuer und bei zu hohen Frequenzen werden die Verluste im Treiber zu groß (die werden auch warm und sollten das nicht zu sehr tun).

Weil wir gerade davon sprechen möchte ich gleich noch einmal eine Sache spezifizieren, nicht dass ich hier falsch verstanden werde.
Der Stromrippel- und der damit einhergehende Drehmomentripple-Unterschied von z.B. 30kHz im Vergleich zu 100kHz ist im "Normalbetrieb" mechanisch am Motor fast schnuppe. -Also praktisch nicht vorhanden, da der Motor aus mechanischer Sicht fast genau mit der Drehzahl läuft, die sich durch das Mittel aus Strom und Spannung aufgrund der PWM ergeben.
Für das Anlaufen des Motors, für einen extremen Langsamlauf, fürs Zusammenspiel mit einer Regelung (Regelbarkeit) sowie für das thermische Verhalten (gekoppelt: Wirkungsgrad, Lebensdauer) ist der Ripple dagegen schon von Bedeutung.

Was ich sagen will: Man kann einen Glockenankermotor schon auch mit einer PWM von 10kHz oder niedriger betreiben und er wird, wenn er sich einmal dreht, sogut wie keinen Rippel bei der Drehzahl aufweisen. In Kombination mit einer Regelung verhält er sich halt dann "bockig", die Regelung übersteuert, es gibt hohe Strompeaks, der Motor wird ~100°C heiß und gibt bald den Geist auf oder es entstehen zumindest irreparable Schäden am Motor. (ganz abgesehen davon, dass man ein unangenehmes Pfeifen ertragen muss)

Dann nochmal zu den Motoren mit Eisenkern: Zu hoch sollte die PWM hier auch nicht getrieben werden, sonst bekommt man wegen des Eisenkerns Probleme. Ich würde sagen nicht höher als ~40kHz (in Einzelfällen evtl. bis 60kHz) und Regelungsfrequenz zwischen 2 und 10kHz.

Wohingegen ich bei den Glockenankermotoren eine PWM ab min. 60kHz und eine Regelungsfrequenz ab 24kHz empfehlen würde.

Als Kompromiss bei der Moba kann man auch mit einer Regelungsfrequenz von 10kHz arbeiten, mit der sich dann in beiden Fällen (Glockenanker und Einsenkern Motor) gute Ergebnisse erzielen lassen.

Wenn es noch interessiert: Dr. sc. nat. Urs Kafader von Maxon AG sieht das eigentlich genauso wie ich, wie man hier lesen kann.
Interessant auch, was man evtl. schnell überliest, wird hier auch empfohlen, "Möglichst weiche Regelparameter" zu wählen. Ich hatte das auch schon erwähnt, dass D-Regler (sofern überhaupt vorhanden) aus sein sollte und der P-Regler sehr schwach eingestellt werden sollte. Daraus folgt dann auch ein schwächerer I-Regler, weil das System sonst zusehens schwingungsanfälliger ist.
Gleiche Aussagen zu Frequenz und Regelung finden sich ja auch bei Faulhaber, wie ich schon aufgezeigt habe.
Das gilt eben für ALLE Eisenkernlosen DC Motoren aufgrund derer physikalischer Beschaffenheit gleichermaßen.

Zu den mir bekannten Decodern am Moba-Markt:
Das Signal, welches der Motor bei allen mir bekannten Decoder-Regelungen bekommt, ist nicht annähernd im 2stelligen kHz-Bereich, oft nicht einmal im 1stelligen. Es gibt zwar immer eine hochfrequente PWM >20kHz, die jedoch durch die Regelungsfrequenz <300Hz völlig zunichte gemacht wird, weil auch die Messpausen zu lang sind. Klaus hat das hier schön skizziert.
Eine niedrige Regelungsfrequenz von 100 bis 200 Hz macht grundsätzlich erstmal gar nichts, wenn die Pause entsprechend kurz (<50us) ausfällt.



Noch ein paar Worte zu meinen Kritikern:
Ich habe meine C-Digital Decoder nicht aus Spaß und aus Werbezwecken o.ä. mit deutlich höheren Motor und Regelungsfrequenzen ausgesattet. Die technichschen Anforderungen haben dies verlangt. Ich hoffe, dass das jetzt auch dem letzten Kritiker hier einleuchtet. Und es stimmt auch nicht, dass ich nur andere Decoder schlecht machen möchte, um mein Produkt besser zu plazieren.
Ich habe mich bei jeder Kritik immer auf techn. Fakten bezogen. Unsachliche Kritik wurde meinem Decoder entgegen gebracht und nicht umgekehrt. Ich verbiete auch niemandem mit seinem Produkte glücklich zu werden


Grüße,
Martin

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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#455 von CDC-User , 05.03.2018 13:59

Hallo Stepahn-Alexander und Martin,

@Stephan-Alexander:
Deine Betrachtung ist korrekt. Martin hat eigentlich schon alles gesagt, was es da vorerst zu sagen gäbe und mir fällt momentan nichts ein, was noch ergänzt werden müsste.


@Martin:
Toller Artikel von "Dr. sc. nat. Urs Kafader von Maxon AG". Darin wird exakt das beschrieben was ich letztes Jahr zu Beginn dieses Faden aus meiner beruflichen Erfahrung berichtet habe. Wer sich noch erinnert, habe ich erzählt, dass bei einem Kunden die Motoren im Stillstand durchgebrannt sind, weil die PWM-Frequenz zu niedrig war und die Motoren schon im Stand so heiß wurden.
Dr. Kafader beschreibt das gleiche Phänomen in diesem Artikel und die Grafik (Nr.2) zum Stromripple zeigt das auch. Zu dieser Grafik heißt es nämlich: "Stromripple im Stillstand [...] mittleres Drehmoment ist null".

Hier mein alter Post vom letzten Jahr:

Zitat von CDC-User im Beitrag Motorsteuerung bei DCC-Decodern

Hallo dany,
Von schädlich habe ich nie gesprochen und danke für deine Erklärung.
Es geht einfach darum, wie du ja erwähnt hast werden MOSFET -Treiberbausteine verbaut, die diese eingentlich notwendigen Schaltfrequenzen nicht supporten.
Diese gibt es aber, es ist eine reine Kostenfrage bzw. Qualitätsfrage wie Plastik oder Metallguss, billig "China"- oder Präzisionsmotor.
Wie diese indirekte PID-Regelung grundsätzlich funktioniert ist mir bekannt, jedoch scheint da fast jeder Decoderhersteller sein eigenes Süppchen zu kochen. Bei manchen habe ich nichteinmal konkrete integrale, proportionale und differentiale Regelungsparameter zum Einstellen gefunden.

Zitat von dany44 im Beitrag Motorsteuerung bei DCC-Decodern

Wäre dies in irgendeiner Weise schädlich, hätte dies wirtschaftliche Nachteile zur Folge (hohe Reklamationsquote usw.) Dem ist aber nicht so.




Das ist überhaupt kein Argument, denn es geht hier in erster Linie um die Qualität und nicht darum, ob es schneller zum Ausfall kommt.
[color=#00BF00][color=#0000FF]Im übrigen habe ich ein Beispiel eines Nahmahften Herstellers für optische Steuerungssysteme (Linsensteuerung für Industrielaser), für den man in meiner Abteilung ein neues Motorsteuerungsmodul entwickeln musste, da Glockenankermotoren praktisch im Stillstand durchgebrannt sind trotz einer Schaltfrequenz von 28kHz.[/color][/color] Hat etwas länger gedauert bis wir darauf kamen warum... und es lag an der Frquenz. nur soviel dazu.

Danke auch nochmals für die hinweise auf die netsprechenden Hersteller.
Werde mir einpaar Exemplare zeigen lassen, bzw. selbst testen.

Viele Grüße,
Hermann




Zitat von Martin_G im Beitrag Motorsteuerung bei DCC-Decodern

Ich glaube auch nicht, dass man da wirklich entwickelt hat.
Also:
- System Motor mit allen relevanten DGLen beschreiben mit Berücksichtigung des Motortreibers bzw. der H-Brücke
- Regelungsverhalten der im Microcontroller implementierten Regler math. beschreiben
- Regenlungsstrucktur aufbauen
- Übertragungsfunktion aufstellen
- Frequenzgang ermitteln über die offene Übertragungsfunktion
- Ortskurve zeichnen -> Prüfe Stabilität nach Nyquist-Kriterium
- Mit Hilfe der charakt. Gl. die Stabilität mit dem Hurwitz-Krit. ermitteln
- Genügend stationäre genauigkeit des Regelkreise sicherstellen
- Einfluss der unterschiedlichen Regelglieder bestimmen
- Dominante Pole der Übertragungsgleichung des Reglers durch Nullstellen der Ü.gl. des Reglers kompensieren
- Regelungsparameterbereiche ermitteln; da Motor VZ1 und PI-Regler VZ1 = VZ2 Verhalten => Verfahren nach Ziegler und Nichols (nur ohne Totzeitglied)
- Regelungsparameterbereiche ermitteln; Wendetangenten-Verfahren und dann nach Faustformel z.B. von "Samal"

... Ich habe das so in etwa bei meiner Regelung gemacht.

Und wie man sieht hat sich der Aufwand doch bezahlt gemacht. Eine Frage: Du hast doch aber einen D-Regler integriert, da dieser eine Verzögerung aufweist, kannst du doch nicht mit Ziegler und Nichols arbeiten? Oder habe ich was übersehen?

Zitat von Martin_G im Beitrag Motorsteuerung bei DCC-Decodern

Im Gleichstromfall läuft das System Motor nach 4*tau_m im "eingeschwungenen" Zustand. Bei hochfrequentem PWM-Betrieb hat man mit jedem PWM-Impuls mit der Impulsantwort des Systems Motor (bzw. der Strecke) umzugehen.
Soweit zunächst nur das System des DC-Motors.
Ist dieser dann in eine Regelung integriert, als Strecke, kommt auch noch das Eigenverhalten des Stellers und des Reglers hinzu.
PWM-Betrieb mit Regelung und Gleichstrombetrieb mit Regelung sind absolut nicht das "gleiche".

Das stimmt allerdings, wir haben hier bei der PWM-Frequenz bis jetzt nur die Motoransteuerung betrachtet. Die Regelung habe wir bis jetzt ignoriert. Da wirds dann komplizierter.
Die muss ja mit der Impulsantwort des Motors/Systems (= der Strecke) umgehen.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#456 von StephanLeist , 05.03.2018 14:31

Hallo,

Wäre es dann sinnvoll einfach in die Motorleitungen entsprechende Drosseln einzulöten? Dann dürfte es doch auch mit dem ESU und seinen 140 Hz gehen, oder? Ich könnte auch höher gehen mit der Frequenz nur ist mir dann das Pfeifen zu störend.


Freundliche Grüße,
Stephan Leist


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#457 von Martin_G , 05.03.2018 21:05

Guten Abend,


@Hermann:

Zitat

Eine Frage: Du hast doch aber einen D-Regler integriert, da dieser eine Verzögerung aufweist, kannst du doch nicht mit Ziegler und Nichols arbeiten? Oder habe ich was übersehen?

Gute Frage. - Nein, es ist alles korrekt. Der D-Regler ist nicht als solcher standardmäßig aktiv. Mein Einmessverfahren kann bestimmen, ob ein D-Regler nötig ist und aktiviert diesen ggf. entsprechend. Wenn man den Decoder einfach mit den Werkseinstellungen nutzt ist er aus und wenn man normale DC Motoren oder Glockenankermotoren einmisst, ist er auch aus. Bei ganz wenigen speziellen Motorkandidaten kann dieser von nützen sein und wird durch das Einmessen aktiviert. Folglich ist das Arbeiten mit Ziegler und Nichols im Normalfall kein Problem.


Zitat

Dr. Kafader beschreibt das gleiche Phänomen in diesem Artikel und die Grafik (Nr.2) zum Stromripple zeigt das auch. Zu dieser Grafik heißt es nämlich: "Stromripple im Stillstand [...] mittleres Drehmoment ist null".

Ich kenne das auch. Ich glaube sogar ein Prof hat in einer Vorlesung das einmal angesprochen mit der Gefahr des Durchbrennens eines Motors im Stillstand bei Impulsbetrieb.


Zitat

Die Regelung habe wir bis jetzt ignoriert. Da wirds dann komplizierter.
Die muss ja mit der Impulsantwort des Motors/Systems (= der Strecke) umgehen.

Darum habe ich ja geschrieben, dass man wenn schon das ganze System mit den Reglern und der getakteten Messstrecke beschreiben muss. Es macht hier keinen Sinn bzw. führt auch zu keinem Ergebnis, das gesondert zu betrachten. Aber wem sag ich das...


@Stephan:

Zitat

Wäre es dann sinnvoll einfach in die Motorleitungen entsprechende Drosseln einzulöten?

Hast du dir einmal angesehen, was das dann für Oschis sind, wenn du da je Motorleitung eine Drossel mit z.B. 3,3mH (1A) einbauen willst? Such doch mal bei Mouser, Bürklin, Würth, Reichelt usw. Und mit so einer Spule kommst du dann in den einstelligen kHz-Bereich.
Beispiel beim Faulhaber 1717-12S: 0,32mH und 18,8Ohm, den Stephan-Alexander vorgeschlagen hat.
Nur so als Hausnummer, wäre man dann bei etwa 4mH und ungefähr 22Ohm macht also 5,5kHz als Grenzfrequenz dann z.B. mal 3 = 16,5kHz.
Mit diesen fetten Drosseln wärst du dann immernoch etwa um das 110 fache von deinem Zeil entfernt.
Außerdem gibt es da auch noch ein paar nebeneffekte für die Regelung zu beachten. Man kann nicht einfach eine beliebig große Spule einbauen.
Die Methode kann man sich aus dem Kopf schlagen.
Das beste ist, eine hohe Ansteuerungsfrequenz zu nehmen und zusätzlich noch je eine Drossel mit z.B. 0,5mH (1A) zu verbauen. Da bekommt man dann ein Grenzfrequenz so um die 20, 25kHz - und dann kommt man mit mal 4 = 80 bis 100kHz einen sehr ripplearmen Stromverlauf.
Oder 1mH (0.5A) 3Ohm => ~17kHz Grenzfrequenz mal 4 = 68kHz Ansteuerungsfrequenz. (mal 5 = 85kHz)
edit:
ACHTUN: Hier habe ich die Regelung nicht mitbetrachtet! Nur den Motor und den Stromripple. Aus Sicht der hier zur Anwendung kommenden Regelung, sollte auf zusätzliche Spulen verzichtet werden.


Grüße,
Martin

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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#458 von md95129 , 06.03.2018 00:04

Warum um Himmels willen Drosseln in die Motorzuleitung legen? Dadurch muss man die Messpausen laenger machen, um die Induktionsspitzen abzubauen. Die laengeren Messpausen fuehren zwangslaeufig auch zu kleineren Messfrequenzen, wenn man nicht zu viel Leistung verlieren will. Solange die Frequenz des Stromripples oberhalb der mechanischen Zeitkonstante liegt, "merkt" der Motor davon nichts. Der von Martin zitierte Fall mit Ueberhitzung kommt doch offenbar nur bei Grenzlast des Motors vor. Das sollte man mit Glockenankermotoren sowieso vermeiden. Jedenfalls habe ich bei meinem Eigenbaudecoder nie eine Motorerwaermung festgestellt, obwohl ich zu Testzwecken Loks habe stundenlang laufen lassen. Uebrigens noch eine interessante Erkenntnis aus diesen Diskussionen: Vor vielen Jahren hatte ich einen externen analogen Fahrtregler mit BEMF gebaut. Die Endstufe war "Gleichspannung", d.h. ein analog angesteuerter Emitterfolger, der waehrend der Messpausen abgeschaltet wurde. Warum diese "Konstantspannungsregelung" einfacher in den Griff zu bekommen war als die spaetere Umsetzung in einem Decoder mit PWM ist mir erst jetzt richtig klar geworden.

Noch eine lustige Begebenheit zum Thema Drosseln aus dem Anfang meiner Berufslaufbahn: Ich musste eine computergesteuerte Lade/Entladestation entwickeln, mit der man Traktionsbatterien unter wirklichkeitsnahmen Bedingungen zyklisieren konnte. Es ging um Leistungen oberhalb 10kW. Um einen vernuenftigen Gleichstrom zu bekommen, wollte ich eine Drossel in die Batteriezuleitung legen. Meine Berechnungen sahen ganz vernuenftig aus und ich bestellte das Ding. Am naechsten Tag erhielt ich einen Anruf, ob unser Werk Gleisanschluss habe . Soviel zum Thema Groesse von Drosseln speziell mit Gleichstromanteil....

Regards


Henner,
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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#459 von Martin_G , 06.03.2018 11:17

Hallo Henner,

Zitat

Warum um Himmels willen Drosseln in die Motorzuleitung legen? Dadurch muss man die Messpausen laenger machen, um die Induktionsspitzen abzubauen. Die laengeren Messpausen fuehren zwangslaeufig auch zu kleineren Messfrequenzen, wenn man nicht zu viel Leistung verlieren will.

Stimmt, aber Achtung, bevor hier wieder ein falscher Eindruck entsteht.
Drosseln in die Motorleitungen würde ich selbst auch nicht als adäquate Lösung ansehen. Wie ich schrieb, reicht es wenn der Motor mit dem 2 bis 3 Fachen der sich aus R/L ergebenden Frequenz angesteuert wird.
Beim ESU, von dem Stephan hier sparch, ist die Messpause sowieso schon groß (Millisekundenbereich), da könnte man zunächst nichts gegen Drosseln sagen, wenn diese nicht zu groß sind. Soweit herunter in die 100 bis 200Hz Region kommt man da aber nie. Allerdings ist bis hier nur der Motor betrachtet, darum hatte ich auch geschrieben:

Zitat

Außerdem gibt es da auch noch ein paar nebeneffekte für die Regelung zu beachten. Man kann nicht einfach eine beliebig große Spule einbauen

Die Drossel darf also nicht zu groß werden und man verschlechtert sich im unserem Fall die Regelung enorm. Folglich lieber auf zusätzliche Drosseln verzichten und dafür mit der Frequenz hoch gehen, wie ich das gemacht habe.
Ich habe das gleich oben noch ergänzt, damit keine Unklarheiten entstehen, danke.

Die Induktionsspitzen abbauen? Du meinst wahrscheinlich die Kommutierungsspitzen und diese kann man nicht mit der Länge der Messpause abbauen, naja schon ein wenig, weil sich ja der Motor je länger die Pause immer langsamer dreht, und desshalb immer weniger Energie in den Spulen induziert wird. Aktiv dagegen kann man eigentlich nur einen schnell reagierenden Keramikkondensator (330pF - 3,3nF) zwischen den Motoranschlüssen plazieren. Maxon und Faulhaber machen das bei ihren Motoren schon im Motor zw. den Edelmetallbürsten, damit die Funkenbildung eingeschränkt und die Lebensdauer damit erhöht wird. Darum sieht man bei denen auch so gut wie keine Ausschläge in der GegenEMK durch die Umkommutierung, wenn man den Motor durch einen anderen drehen lässt.



Zitat

Solange die Frequenz des Stromripples oberhalb der mechanischen Zeitkonstante liegt, "merkt" der Motor davon nichts.

Ich gehe hier jetzt mal davon aus, dass du die el. Zeitkonstante aus Widerstand und Iduktivität meinst. Eine Frequenz aus tau_m (5ms - 20ms) im Bereich also ab 50Hz, wäre für den Motor als Ansteuerungsfrequenz fatal! Fals du das aber ernst meinst, dann informiere dich gerne nochmal bei Faulhaber oder Maxon. Ich werde dazu nichts mehr sagen. Das Spiel mit tau_m hatten wir schon... Die Info die du aus tau_m ziehen willst kann man daraus nicht ziehen. Ich gehe davon aus, dass du dich nur vertippt hast...
Auch hier Vorsicht, das ist nur die halbe Wahrheit, wie ich auch schon geschrieben habe.

(1.Stufe) Betrachten wir einen Motor isoliert, also nur einen Motor, den wir so mit einer PWM ab 20% Dutycycle oberhalb oder gerade bei der Grenzfrequenz (R/L) betreiben und der sich schon dreht stimmt das. Mechanisch merkt man da nichts vom Ripple. (Anmerkung: Hierfür reicht die PWM vieler Decoder schon nicht aus!)

(2.Stufe) Da es für den Strom, die Strompeaks sehr wohl einen Unterschied macht, wird bei einem größeren Ripple mehr Energie verpulvert. Frage an dich, wo geht denn dann die Energie hin, wenn sie, wie wir wissen nicht in Drehmoment/Drehzahl umgesetzt wird? -> Natürlich größtenteils in Wärme, darum sinkt auch der Wirkungsgrad.

(3.Stufe) Wie sieht es beim Anlaufen aus oder im extremen Langsamlauf? Also bei Dutycycle <=10%? Hier wirkt sich der Stromripple auch auf das mechanische Verhalten aus. Der Motor wird mehr und mehr in Drehbewegung "geschubst", "gestoßen", je weiter man mit der Ansteuerungsfrequenz unterhalb der Grenzfrequenz aus 1/tau = R/L liegt.

(4.Stufe) Jetzt kommt noch die Regelung hinzu. Hier darf man nicht vergessen, dass eine Regelung wie bei den Decodern, nicht direkt die Drehzahl sieht, sondern immer das el. Verhalten des Motors. Den Motorstrom und die am Motor anliegende Spannung (Filterbauteile am ADC-Eingang lasse ich jetzt mal weg). Für die Regelung ist es also sehr wohl von Bedeutung wie die el. Signale und das el. Verhalten des Motors sind. Die Regelung sieht in unserem Fall NICHT die Mechanik / das mech. Verhalten. Das geschieht nur indirekt durch "unsere" Interpretation mit der GegenEMK, die beim idealen Motor, glatt und linear, direkt proportional zur Drehzahl ist. Ich denke ich muss jetzt hier nicht weiter gehen, es dürfte klar sein, dass wir hier in Natura eine andere Situation vorfinden.
(Die Umkommutierungspeaks bei normalen Motoren, die die Regelungs sehr wohl sieht, sind aus Sicht des mechanischen Motorverhaltens parktisch auch nicht da, trotzdem muss die Regelung damit klar kommen. Nur so als Beispiel)

Fazit: Die für den Motor günstige Ansteuerungsfrequenz, also die, die der Motor faktisch sieht, sollte mindestens bei 1/tau = R/L leigen. Die Frequenz des Stromrippels ist hier immer die gleiche, wie bei der Ansteuerungsfrequenz des Motors. Siehe Grafiken von Faulhaber, Maxon und andere.


Zitat

Noch eine lustige Begebenheit zum Thema Drosseln aus dem Anfang meiner Berufslaufbahn: Ich musste eine computergesteuerte Lade/Entladestation entwickeln, mit der man Traktionsbatterien unter wirklichkeitsnahmen Bedingungen zyklisieren konnte. Es ging um Leistungen oberhalb 10kW. Um einen vernuenftigen Gleichstrom zu bekommen, wollte ich eine Drossel in die Batteriezuleitung legen. Meine Berechnungen sahen ganz vernuenftig aus und ich bestellte das Ding. Am naechsten Tag erhielt ich einen Anruf, ob unser Werk Gleisanschluss habe . Soviel zum Thema Groesse von Drosseln speziell mit Gleichstromanteil....

Ja, so kann es gehen. Theoretisch passt alles und dann gehts an die Umsetztung . Ist wahrscheinlich jedem der etwas entwickelen oder konstruieren muss schon mal so gegangen.


Grüße,
Martin

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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#460 von CDC-User , 06.03.2018 23:41

Hallo Henner,

Zitat

Warum um Himmels willen Drosseln in die Motorzuleitung legen? Dadurch muss man die Messpausen laenger machen, um die Induktionsspitzen abzubauen. Die laengeren Messpausen fuehren zwangslaeufig auch zu kleineren Messfrequenzen, wenn man nicht zu viel Leistung verlieren will.

Absolut! Jetzt bloß nicht anfangen große Spulen in die Motorleitungen zu hängen. Für die Regelung wäre das übel, wie Martin auch geschrieben hat.


Zitat

Solange die Frequenz des Stromripples oberhalb der mechanischen Zeitkonstante liegt, "merkt" der Motor davon nichts.

: Verstehe ich nicht? : Was willst du damit sagen? Welche Konsequenz willst du hier ziehen?

Zitat

Der von Martin zitierte Fall mit Ueberhitzung kommt doch offenbar nur bei Grenzlast des Motors vor. Das sollte man mit Glockenankermotoren sowieso vermeiden.

Das ist nicht richtig. Bei unserem Kunden war es zumindest kein Betrieb mit Grenzlast. In den Anlagen werden sowieso Motoren verbaut die etwa 1/3 bis die Hälfte mehr an Leistung bringen können als maximal von der Applikation verlangt. Soweit ich weiß entspricht diese Herangehensweise auch den Empfehlungen von Faulhaber, Maxon, Escap u.a..


Zitat

Vor vielen Jahren hatte ich einen externen analogen Fahrtregler mit BEMF gebaut. Die Endstufe war "Gleichspannung", d.h. ein analog angesteuerter Emitterfolger, der waehrend der Messpausen abgeschaltet wurde. Warum diese "Konstantspannungsregelung" einfacher in den Griff zu bekommen war als die spaetere Umsetzung in einem Decoder mit PWM ist mir erst jetzt richtig klar geworden.

Ich glaube das ist gar keine schlechte Lösung, analog zu regeln. Obwohl es natürlich digital auch geht. Deine analoge Regelung lässt sich halt nicht so leicht in den Digitalbetrieb integrieren, evtl. auch gar nicht.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#461 von md95129 , 07.03.2018 20:06

Also ich bin wieder nicht ganz eurer Meinung. Dass Drosseln ein Notbehelf sind, darueber sind wir uns ja einig. Was ich mit Induktionssppitzen meine: In den Messpausen muss die in der Motorinduktivitaet gespeicherte Energie abgebaut werden, ehe man die GegenEMK messen kann. Mit Drosseln wird diese Energie groesser, also wird ohne Gegenmassnahmen auch die Zeit groesser, die ich verstreichen lassen muss, ehe ich eine vernuenftige Messung machen kann. Mit einem Kondensator parallel zu den Motorwicklungen baue ich zunaechst mal einen Schwingkreis, dessen Abklingzeit durch den Wicklungswiderstand und die Induktivitaet bestimmt wird. Ich nehme an, dass mit den gewaehlten Kondensatoren quasi eine aperiodische Daempfung erreicht wird, ansonsten wuerde das ebenfalls wieder die Messpause beeinflussen.
Und ja, ich meinte wieder die mechanische Zeitkonstante, auch wenn wir darueber schon endlos gestritten hatten. Bin ich mit meiner Pulsdauer weit unter der mechanischen Zeitkonstante - die im ms-Bereich liegt - wird der Motor nicht mehr "geschubst", sondern integriert (mechanisch - nicht elektrisch) die Pulse. Das ist bei oberhalb 20..40kHz PWM Frequenz gegeben. Nehmt mal als Analogon einen Viertaktmotor an: Er bekommt 2 Arbeitstakte/Umdrehung, die durch die mechanische Zeitkonstante (Schwungmasse/Kupplungsglocke) so geglaettet werden, dass ihr beim Fahren eine gleichfoermige Umdrehung spuert. Noch extremer sieht das bei einem Einzylinder aus....
Nochwas: Ich habe heute meinen kleinen Feldbahndiesel mit Eigenbaudecoder ca. 20min unter (realistischer) Belastung fahren lassen und der Motor wurde nicht mal handwarm. Das mag anders aussehen, wenn ich einen Glockenankermotor in eine Dampflok der Baureihe 44 einbaue und stundenlang endlose Gueterzuege schleppe. Meiner Meinung nach ist das aber auch nicht der richtige Anwendungsfall fuer solche Motore. Sie sollten fuer delikate Rangiermanoever oder gemuetlich dahintrottelne Nebenbahn/Schmalspurmodelle reserviert sein, wo der Motor weit unterhalb seiner Belastungsgrenze betrieben wird.
P.S. Ich habe mal nachgerechnet, und komme unter Beruecksichtigung der maximalen Winkelbeschleunigung und auch unabhaengig davon mit der mechanischen Zeitkonstante auf ungefaehr den gleichen Wert: Ein 2,5usec langer Puls (10% Dutycycle bei 40kHz Grundfrequenz) beschleunigt einen 1717 Motor um etwa 2UPM pro Puls (bei 12V und GegenEMK wegen der niedrigen Drehzahl vernachlaessigbar, Einfluss von R/L nicht eingerechnet). Das ist fuer langsames Kriechen schon fast zu viel. Ihr habt also recht und ich muss "Kraehen essen - eat crows".
Regards


Henner,
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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#462 von CDC-User , 07.03.2018 23:31

Guten Abend Henner,

Zitat

Bin ich mit meiner Pulsdauer weit unter der mechanischen Zeitkonstante - die im ms-Bereich liegt - wird der Motor nicht mehr "geschubst", sondern integriert (mechanisch - nicht elektrisch) die Pulse. Das ist bei oberhalb 20..40kHz PWM Frequenz gegeben.

Hä, das ist doch das was Martin und ich gesagt haben. :

Du hattest doch das hier geschrieben:

Zitat

Solange die Frequenz des Stromripples oberhalb der mechanischen Zeitkonstante liegt, "merkt" der Motor davon nichts.

Die mechanische Zeitkonstante liegt im Millisekundenbereich, wie du ja auch geschrieben hast. Das ergibt also Frequenzen so um die 50Hz bis 200Hz. Dann sagst du hier weiter, dass es bereits genügt, wenn die Ansteuerungsfrequenz des Motors oberhalb dieser (sich aus tau_m ergebenden) Frequenz liegt.
Folglich genügt laut deiner Aussage bereits eine Ansteuerungsfrequenz von bspw. 500Hz... oder sind wir großzügiger und nehmen gleich mal mindestens das 10-Fache davon an, dann wären das 2kHz. Alles Frequenzen oberhalb der mechanischen Zeitkonstante.

In deiner letzten Aussage sagst du jetzt, ähnlich wie Martin und ich, dass die Ansteuerungsfrequenz oberhalb von "20..40kHz" sein sollte, damit man mechanisch fast nichts mehr vom Rippel sehen kann. : Wie kommst du von tau_m ausgehend auf einmal auf "20..40kHz"?

Ist schon klar, 20kHz oder auch 40kHz sind beides Frequenzen oberhalb von 1/tau_m = 50Hz bis 200Hz. Wie gesagt gilt gleiches aber auch bspw. für die Frequenzen 500Hz, 1kHz, 2kHz, usw..
Also das kann ich nicht verstehen. Aber ich sehe, dass du am Ende zumindest fast das gleiche sagst, wie Martin, Faulhaber, Maxon und ich, auch wenn ich deine Begründung / Ueberlegung überhaupt nicht nachvollziehen kann.


Zitat

Mit einem Kondensator parallel zu den Motorwicklungen baue ich zunaechst mal einen Schwingkreis, dessen Abklingzeit durch den Wicklungswiderstand und die Induktivitaet bestimmt wird. Ich nehme an, dass mit den gewaehlten Kondensatoren quasi eine aperiodische Daempfung erreicht wird, ansonsten wuerde das ebenfalls wieder die Messpause beeinflussen.

Absolut korrekt. Bei den Faulhaber und anderen Glockenankermotoren ist diese Maßnahme zum Glück nicht von nöten, weil die Motoren das Konstruktionsbedingt integriert haben. Wie du auch sagst, muss man in den anderen Fällen unbedingt die Resonanzfreq. des Schwingkreises im Auge behalten. Das gilt im Besonderen auch im Hinblick auf die Regelung.


Zitat

Was ich mit Induktionssppitzen meine: In den Messpausen muss die in der Motorinduktivitaet gespeicherte Energie abgebaut werden, ehe man die GegenEMK messen kann. Mit Drosseln wird diese Energie groesser, also wird ohne Gegenmassnahmen auch die Zeit groesser, die ich verstreichen lassen muss, ehe ich eine vernuenftige Messung machen kann.

Das ist zwar alles richtig, man sollte aber auch mal sehen, von welchen Zeitdimensionen man hier spricht. Diese Spitzen, Spannungspeaks, von denen du hier sprichst, sind vom Zeitpunkt des Abschaltens der Motorwicklung nach spätestens 2us bis 4us abgebaut (bei manchen Glockenankermotoren sogar nach ~1us). Das rechtfertigt also niemals eine Messpause im ms-Bereich (wie bei glaube ich allen Decodern?). Bei großer Induktivität eines Motors mit Eisenkern komme ich evtl. auf eine Abklingzeit von 30us bis 50us. Selbst wenn es einen Motor geben sollte, wo es 10 mal so lange dauern würde wäre man erst bei 500us, was immer noch weit weit vom Millisekundenbereich entfernt ist.
Es stimmt also was du sagst, nur ist mir nicht klar, wohin deine Aussage zielen soll, da wir hier von Zeiten sprechen, die im Vergleich zu den üblichen Messpausen winzig sind (bei den Glockenankern auf jeden Fall).

Zitat

Ein 2,5usec langer Puls (10% Dutycycle bei 40kHz Grundfrequenz) beschleunigt einen 1717 Motor um etwa 2UPM pro Puls (bei 12V und GegenEMK wegen der niedrigen Drehzahl vernachlaessigbar, Einfluss von R/L nicht eingerechnet). Das ist fuer langsames Kriechen schon fast zu viel.

Ja, absolut. Martin hatte das auch schon einmal vorgerechnet, meine ich mich zu erinnern .Für die in unserem Fall meist anliegende PWM-Spannung von über 12V (14 bis 15V) sieht das noch schlimmer aus.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#463 von md95129 , 08.03.2018 00:22

Hermann,
meine Aussage ist ganz einfach: Wir sind jetzt auf dem selben Blatt . Ich hatte gefuehlsmaessig nicht geglaubt, dass ein Glockenankermotor in 2,5usec auf etwa 2U/min beschleunigen kann, aber die Rechnung mit sowohl Tau als auch max. Beschleunigung aus dem Datenblatt bestaetigt das. Bei 14000U/min ist natuerlich ein Drehzahlripple von 2U/min nicht zu sehen, beim Kriechen allerdings schon. Die Rechnung habe ich gemacht, nachdem ich den Thread geschrieben hatte, deswegen das P.S. Das mit den Induktionsspitzen bezog sich mehr oder weniger auf den Fall mit vorgeschalteten Drosseln, die ja wie gesagt nur ein Notbehelf sind. Also Alles im gruenen Bereich. Einzig und allein habe ich bisher noch keine Erwaermung meiner Motoren feststellen koennen, aber das liegt sicher an meiner Anwendungsweise, wo die Last doch recht gering ist.
Regards


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#464 von CDC-User , 08.03.2018 10:00

Morgen Henner,

Zitat

Wir sind jetzt auf dem selben Blatt


Alles klar. Finde ich super, dass wir uns nun einer einheitlichen Meinung und Sichtweise stark annähern. rost:

Kannst du dich an die Grafik in einem früheren Post erinnern, wo ich verschiedene Decoder beim Anfahren mit einer GFN BR151 mit FH Flachmotor (2607 T 012SR) mittels eines Längenmessystems untersucht hatte? Da sieht man bei allen DCC-Decodern, dass die Lok leicht zuckelt.
Jetzt meine Theorie / Vermutung:
Wenn dieses Zuckeln, zufällig im Bereich einer Resonanz des Getriebes etc. liegt, wird es nochmals verstärkt und das Fahrverhalten der Lok bei Kriechgeschwindigkeit und beim Anfahren, wird viel schlechter. Kleinste unterschiede im Getriebe und dessen Schmierung kann schon für eine Verschiebung der Resonanz sorgen, was in Kombination mit den Regelungen der DCC-Decoder zu besserem oder schlechterem Anfahr- und Langsamfahrverhalten führt.
Ich glaube nämlich nicht, dass die Varianz der el. Bauteile eines Decoders oder die geringe Fertigungsvarianz der Glockenankermotoren dafür verantwortlich sind, wenn bei einem Fahrzeugartikel gleiche Decoder mit gleichen Einstellungen zu ganz unterschiedlichem Fahrverhalten führen. Das meine ich liegt an den Fertigungstoleranzen der Getriebe/Schmierung/Lagerung mit auftretendem Schwingungsverhalten in Kombination mit der unpräziesen Motoransteuerung der Decoder.
So ein Schwingungsverhalten ist dann für eine Regelung, die so eine geringe Abtastrate besitzt, sehr schwiering in den Griff zu bekommen und es ist gut möglich, dass dann durch die Regelung eine weitere Verschlechterung entsteht -> Stichwort: Uebersteuern.


Ich gebe zu, dass im Normalfall bzgl. des Gleichlaufs, zumindest zw. dem D&H und dem C-Digitaldecoder, mit bloßem Auge kaum ein Unterschied erkennbar sein mag (aber eben nur bei entsprechent höherer Vmin, welche beim C-Digitaldecoder ja deutlich niedriger war).
Wenn es dann in Kombination mit einem Getriebe zu Resonanzen kommt, sieht man es jedoch deutlich. Wenn auch nur in dem Moment des Losfahrens. Später wird das durch Massenträgheit (verbaute Schwungmassen) überspielt. Da die von mir im Test verwendete Lok keine extra Schwungmasse hat, tritt dieses Verhalten stärker zu Tage, - kann eben nicht verschleiert werden.
Der Unterschied zu Martins Decoder fällt hier sehr, sehr deutlich aus. Der spielt hier in einer ganz anderen Liga!
Da frage ich mich, was bei dem neuen noch besser sein soll? flaster:


Zitat

Einzig und allein habe ich bisher noch keine Erwaermung meiner Motoren feststellen koennen, aber das liegt sicher an meiner Anwendungsweise, wo die Last doch recht gering ist.

Das kann gut sein. Da spielen auch ander Faktoren noch eine große Rolle. Z.B. wie die Motoren verbaut sind und wie schnell sie dadurch Wärme abführen können. Aberklar ist, dass niemand, schon gra nicht die Hersteller, empfehlen Glockenankermotoren an der Grenzlast zu betreiben. Man verbaut immer Typen, die bezogen auf die Applikation eine deutliche Leistungsüberschuss beiten.
Bei mir wurden die Motoren auch nie heißer als ~43°C. Ich denke man kann sagen, dass sie "nie" heißer als 50°C werden. Ich habe hierzu allerdings keine richtige Messreihe etc. gestartet, nur mal hier und da aus Interesse eine Stichprobe gemacht.


Mit freundlichem Gruß,
Hermann


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#465 von StephanLeist , 08.03.2018 10:15

Hallo an die Runde,

Danke für eure Erklärungen und Statements.

Zitat

Man kann nicht einfach eine beliebig große Spule einbauen.
Die Methode kann man sich aus dem Kopf schlagen.


Zitat

Folglich lieber auf zusätzliche Drosseln verzichten und dafür mit der Frequenz hoch gehen


Zitat

Das mit den Induktionsspitzen bezog sich mehr oder weniger auf den Fall mit vorgeschalteten Drosseln, die ja wie gesagt nur ein Notbehelf sind.


Zitat

Jetzt bloß nicht anfangen große Spulen in die Motorleitungen zu hängen. Für die Regelung wäre das übel


Zitat

Dass Drosseln ein Notbehelf sind, darueber sind wir uns ja einig.


Das hört sich eindeutig an. Ich versuche halt momentan noch jeden Strohhalm zu greifen, der eine Lösung oder Verringerung der Problematik verspricht. Die Hersteller lassen mich hier ja im Wald stehen...
Als ich dann von Stephan-Alexander und Martin gelesen hatte, dass die nötige Höhe der PWM-Frequenz durch die niedrige Induktivität kommt, dachte ich halt, - machen wir die doch einfach größer. Weiter habe ich dann nicht gedacht... ops:


Freundliche Grüße,
Stephan Leist


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#466 von Martin_G , 08.03.2018 23:14

Guten Abend,

@Henner:

Zitat

Wir sind jetzt auf dem selben Blatt . Ich hatte gefuehlsmaessig nicht geglaubt, dass ein Glockenankermotor in 2,5usec auf etwa 2U/min beschleunigen kann, aber die Rechnung mit sowohl Tau als auch max. Beschleunigung aus dem Datenblatt bestaetigt das.

Das freut mich, dass wir das ganze jetzt in etwa gleich sehen. - Ich hatte dir das doch schon einmal früher vorgerechnet? Aber ist ja jetzt auch egal, solange du es jetzt auch selbst nachvollzogen hast.

@Hermann:

Zitat

Der Unterschied zu Martins Decoder fällt hier sehr, sehr deutlich aus. Der spielt hier in einer ganz anderen Liga!
Da frage ich mich, was bei dem neuen noch besser sein soll? flaster:

So viel Lob, danke, danke. Da werd ich ja ganz rot
Es ist immer schön für sein Werk gelobt zu werden, noch toller wenn das Lob von jemandem mit deiner Fachkompetenz kommt .

Was beim neuen Decoder schon einmal besser sein wird, ist z.B. der Einstellungskomfort. Ich möchte die zu stark technischen Einstellungsparameter, mit denen nur sehr wenige fachkundige Mobahner etwas anfangen können auf ein Minimum reduzieren. Ich möchte, dass man nicht mehr so viele Regelungsparameter zum Einstellen der selbigen braucht. Außerdem ist die Regelung für standard Moba-Motoren viel besser geworden. Für die Glockenankermotoren hat sich nicht ganz so viel verbessert. Wie du schon festgestellt hast geht da auch rein physikalisch nicht viel mehr.

@Stephan:

Zitat

Als ich dann von Stephan-Alexander und Martin gelesen hatte, dass die nötige Höhe der PWM-Frequenz durch die niedrige Induktivität kommt, dachte ich halt, - machen wir die doch einfach größer. Weiter habe ich dann nicht gedacht... ops:

Macht ja nichts, - und so falsch ist deine Idee ja auch nicht, nur so in dem Rahmen aus mehrerlei Gründen total ungeeignet. Für dieses Problem gibt es glaube ich keine einfache Lösung/Anpassung die vom Endanwender vorgenommen werden kann.


Grüße,
Martin

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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#467 von Martin_G , 23.03.2018 17:21

Hallo,

Ich möchte auch hier noch ein paar Werte zur Orientierung hereinstellen, die die Wichtigkeit einer entsprechend feinen Regelung gepaart mit einer rel. hohen Ansteuerungsfrequenz bei Glockenankermotoren untermauern. Vor allem, wenn man auf geschmeidiges Anfahren und Bremsen Wert legt und man den Motor nicht über Gebühr belasten will.

Benutzter Formalismus:


Für die PWM gelte folgendes Szenario
f_PWM = 32kHz das entspricht einem Zeitfenster von 31,25μs, bei 1% PWM Tastgrad ist der Impuls 312,5ns lang
U_PWM = 12V diese Spannung entspricht dann der Motorspannung

Szenario:
Der Motor befindet sich in extremer Langsamfahrt bei n_0 = 1RPM (1/min) und soll langsam auf n(t)=2RPM beschleunigt werden.
Die Drehzahländerung soll also 1RPM betragen. Das höhrt sich zunächst wenig an entspricht aber 200% der Anfagsdrehzahl, also einer Zunahme um 100%!

Frage:
Wie lang muss ein PWM-Impuls sein, damit sich die Drehzahl also von 1 auf 2RPM ändert?

Konkert berechnet für ein paar Faulhabermotoren nach obiger Formel:

Typ 2607T012SR: (häufig als preiswerter Tauschmotor gerade für GFN-Loks verwendet)
n(12V) = 5900 RPM ±12%
tau_m = 6,8ms
t = -0,0068s * ln(1- (2 - 1)/(5900 - 1) )
=> t=1,15μs => Impuls von ~3,7% Tastverhältnis bei 32kHz PWM

Typ 1717T012SR: (in einige Märklinmodellen verbaut)
n(12V) = 14000 RPM ±12%
tau_m = 16ms
t = -0,016s * ln(1- (2 - 1)/(14000 - 1) )
=> t=1,14μs => Impuls von ~3,7% Tastverhältnis bei 32kHz PWM

Typ 1524T012SR:
n(12V) = 9800 RPM ±12%
tau_m = 8,3ms
=> t=0,85us = 850ns => Impuls von 2,7% Tastverhältnis bei 32kHz PWM

Typ 1024T012SR:
n(12V) = 12800 RPM ±12%
tau_m = 3,3ms
=> t=0,26us = 260ns => Impuls von 0,8% Tastverhältnis bei 32kHz PWM

In allen Fällen bin ich hier von einem unbelasteten Motor ausgegangen. Für einen Belasteten Motor ergibt sich selbstverständlich eine andere Drehzahl, die sich dann wie folgt aus der n-M-Kennlinie berechnen lässt:

Eine typische Belastung sind 35% des Haltemoments M_H

Typ 1717T012SR:
M_H = 5,38mNm => 35% = 1,883mNm (damit zieht der Motor etwa 240mA)
n(M) = 2600 rpm/mNm * 5,38mNm * 0,65 = 9092,2 rpm
tau_m gilt nur für den Unbelasteten Motor => damit ist die Bestimmung der Zeit mit obiger Formel nicht direkt gegeben. (Ich verzichte hier auf weitere Details)
=> t= ~5,5μs => Impuls von ~17,6% Tastverhältnis bei 32kHz PWM


Um ein ruckfreies, sanftes Bremsen und v.a. Anfahren zu bekommen sollte die Regelung/Ansteuerung in der Lage sein etwa auf 1/4 RPM zu steuern. Die Beispiele oben machen deutlich wie schnell und fein eine Regelung zu agieren hat, um diese Anforderungen zu erfüllen. Ich bin hier ja von einer änderung um 1RPM und nicht 0.25RPM ausgegangen. Damit kann man schnell sehen, dass die Ansteuerungsfrequenz der Glockenankermotoren nicht unter 20kHz angesiedelt sein sollte.
Ansteuerungen, wie sie sich letztendlich durch die Abtastraten und langen Pausen der Decoderregelungen ergeben (50Hz bis vielleicht 5kHz?) sind hier deutlich zu niedrig.

Freundliche Grüße,
Martin


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#468 von md95129 , 23.03.2018 18:07

Martin,
volle Zustimmung. Nach diesen Ueberlegungen habe ich im Prinzip damals auch meinen Decoder ausgelegt. Mir war nur nicht bewusst (ich haette halt rechnen muessen), dass selbst mit einer e-Funktion ein Motor mit einer Enddrehzahl von etwa 14000U/min in wenigen Mikrosekunden schon auf "Kriechgeschwindigkeit" beschleunigt. Bei meinem ersten (externen) BEMF-Fahrtregler mit Analogausgang waren Abtastfrequenz/Luecken nicht so kritisch. Uebrigens, ich hatte das Ding mal im "Modellbahner" (1994/4 Seite 64/65) zusammen mit einigen Oszillogrammen publiziert.
Regards


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#469 von Martin_G , 23.03.2018 18:32

Hallo Henner,

Zitat

Bei meinem ersten (externen) BEMF-Fahrtregler mit Analogausgang waren Abtastfrequenz/Luecken nicht so kritisch. Uebrigens, ich hatte das Ding mal im "Modellbahner" (1994/4 Seite 64/65) zusammen mit einigen Oszillogrammen publiziert.

Cool. Kann man den Artikel irgendwo (kostenlos ) sehen / herunterladen ?

Freundliche Grüß,
Martin


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#470 von SAH , 23.03.2018 20:21

Guten Abend Martin,

in einem Deiner Abbildungen schreibst Du:

Zitat

n(U) = k_n *U



wobei k_n die Drehzahlkonstante und U die Motorspannung sei.
Ich habe die Drehzahlformel stets in folgender Form kennengelernt, dass U aus Deiner Formel gleich der "Umlaufspannung" (= EMK) sei, die Definiert ist nach U_u = U_k -RI, somit:
n(U) = k_n * (U_k -RI)
mit U_k = Klemmemspannung (= an die Motorklemmen angelegte Spannung)
R = Anschlusswiderstand
I Stromaufnahme des Motors.
Das RI -Gleid ist immer dann zu vernachlässigen, wenn I klein ist.

Kann ich bei Dir davon ausgehen, dass I so klein ist, wodurch RI vernachlässigbar gegen U ist?

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#471 von Martin_G , 23.03.2018 20:39

Guten Abend Stephan-Alexander,

Zitat

n(U) = k_n * (U_k -RI)
mit U_k = Klemmemspannung (= an die Motorklemmen angelegte Spannung)
R = Anschlusswiderstand
I Stromaufnahme des Motors.
Das RI -Gleid ist immer dann zu vernachlässigen, wenn I klein ist.

Kann ich bei Dir davon ausgehen, dass I so klein ist, wodurch RI vernachlässigbar gegen U ist?

Exakt, das ist der Grund, warum ich hier etwas "schlampig" war. Da ich hier den Motor ohne Last betrachte kann man gut auf den Term -I*R verzichten, zumal die Drehzahl und andere Angaben aus den Datenblättern auch noch ein Toleranz aufweisen.

Man kann es auch einmal gerne mit dem ganz exakten Drehzahlwert berechnen. Der Unterschied der sich dann für die Zeit t ergibt ist praktisch nicht vorhanden.
Außer ich hätte mich irgendwo grob vertan, dann bitte ich um Aufklärung.

Die Formel wäre eigentlich wie Folgt ganz exakt: n(U) = k_n * U_ind

Wenn man z.B. den 1717T012SR nimmt:
k_E = 0,829 mV/rpm
n_0 = 14 000 rpm

Es ergibt sich eine Spannung von U_ind = 14000rpm * 0,829mV/rpm = 11,606V
Damit ist der "Fehler" / Abweichung zu 12V nur bei ~3%.

Wie ich dir, glaube ich, schon einmal berichtet habe ist z.B. die Angabe von k_E nur ein Durchschnittswert der einer gewissen Tolleranz unterliegt, so Faulhaber. Da auch die Leerlaufdrehzahl mit +- 12% angegeben wird ist das für meine Berechnung (Abschätzung) total vernachlässigbar.

Oder wie siehst du das?

Freundliche Grüße,
Martin


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#472 von md95129 , 23.03.2018 20:50

Zitat

Hallo Henner,
Cool. Kann man den Artikel irgendwo (kostenlos ) sehen / herunterladen ?
Freundliche Grüß,
Martin



Du hast eine PM


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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#473 von TTbeilroder , 05.12.2018 10:02

Kurze Zwischenfrage,

Mit wieviel khz sollte man alte BTTB- Motoren ansteuern?

Gruss


TTbeilroder  
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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#474 von Ulf325 , 05.12.2018 23:22

... am besten gar nicht, sondern den Motor ersetzen

Scherz beiseite: das sind ja schon recht kleine Motoren und es macht wenig Sinn sie niederfrequent anzusteuern.

Bei meinen TT-Freunden sind die Kühn-Decoder recht verbreitet, und mit diesen habe ich die Erfahrung gemacht daß die 32 kHz meist besser funktionieren als die 16,5 kHz (CV 9). Das sieht man im Testbetrieb aber auch schon recht gut. Selbst wenn ein Unterschied nicht unmittelbar auszumachen ist wären die 32 kHz jedenfalls vorzuziehen. Nachteil ist allein eine etwas geringere Leistung; die Motorleistung selber ist aber nur in Ausnahmefällen das Problem.


Mit freundlichen Grüßen: Ulf

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RE: Motorsteuerung bei DCC-Decodern

#475 von StephanLeist , 13.03.2019 12:09

Hallo werte Spezialisten,

Ich habe mir kürzlich den neuen Loksound v5 von ESU zeigen lassen. Eine Sache fand ich da dann besonders interessant, was die "neue" Motorregelung betrifft. ESU schreibt dazu:

Zitat

"Die Motorsteuerung des LokSound 5 wurde erneut grundlegend verbessert. Eine variabel einstellbare PWM-Taktfrequenz von 10kHz bis 50kHz sorgt gerade bei Glockenankermotoren für einen superleisen Betrieb – Das typische „Brummen“ gehört der Vergangenheit an. Die Lastregelung kann nun mit bis zu 10 CVs auch an schwierige Fälle angepasst werden. Die einzigartige „Autotune“ Funktion ermöglicht das automatische Einmessen des Decoders an den Motor. Der LokSound 5 Decoder liefert mit bis zu 1.5A Motorstrom genügend Saft auch für ältere Motoren.



Zum einen finde ich es sehr interessant, dass ESU jetzt die PWM-Frequenz immerhin schon einmal um 10kHz erhöht hat, wo man doch behauptet hat, dass das absolut unnötig ist und auch keine Verbesserung bringt. Auch ein paar Spezialisten hier, so konnte ich lesen, meinten ja, dass es unnötig sei die PWM-Frequenz höher als 40 kHz zu schrauben und es folglich auch total unnötig sei wie beim C-Digital Decoder mit 82kHz zu steuern.

So wirbt ESU jetzt genau mit dieser Erhöhung gerade auch im Hinblick auf Glockenankermotoren, wie man lesen kann. Auf meine Anfrage damals wegen Problemen mit der Regelung bei Glockenankermotoren und deren Aussage "... für Glockenankermotoren geeignet." hat man mich damals beschwichtigend abgewimmelt.
Wie kommt es nur, dass man jetzt sagt, dass gerade eine einstellbare und va. erhöhte PWM-Taktfrequenz für einen "superleisen" Betrieb bei diesen Motoren sorgen soll? schon komisch ...

Ich hätte gute Lust mich jetzt noch einmal wegen meiner Lopi v4 beim techn. Support zu melden. Was werden sie mir wohl jetzt sagen?
Wahrscheinlich: "Kauf sie sich doch einmal den Loksound V5 (oder bald kommt wahrscheinlich der Lopi v5) der ist besser für Glockenankermotoren geeignet."

Was mir noch aufgefallen ist, dass die Einstellparameter erweitert wurden, um schwierige Fälle besser in den Griff zu bekommen.
Was meinen die Experten zur "neuen" Regelung? Eine genauere Beschreibung findet sich in der Anleitung des Loksound v5.

Mich würde ja auch interessieren, wie gut nun die "Autotune"Funktion, also das automatische Einmessen, funktioniert?

Wenn der Lopi V5 erscheint, werde ich mir evtl. doch noch einmal einen besorgen. Rein aus Neugier, um zu sehen, ob sich wirklich was gebessert hat.


Freundliche Grüße,
Stephan Leist


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