ТехноБлог Dimanjy. Как калибровать двигатель


Калибровка шагового двигателя | ТехноБлог Dimanjy

В прошлой моей статье я говорил о точности станка с ЧПУ в зависимости от выбора типа передачи для механизма линейного перемещения, а также от выбора режимов работы шагового двигателя. Теперь, как и обещал, на страницах своего ТехноБлога Dimanjy я расскажу о калибровке шагового двигателя с помощью разрабатываемого мной Step/Dir-контроллера, позволяющего без дополнительных затрат на механику и без какого либо снижения скоростных характеристик самодельного станка с ЧПУ повысить его точность в 6 раз!

Здесь говоря о точности станка с ЧПУ я подразумеваю его разрешающую способность. Благодаря использованию контроллера Dimanjy с поддержкой калибровки шагового двигателя удалось на обычном зубчатом ремне с шагом 5.08 мм добиться разрешения ~0.025 мм против обычных 0.16 мм. Если же мой контроллер применить на винтовой передаче, то в значения разрешающей способности будет просто трудно поверить:  0.8 микрона!  Но теперь подробнее о процессе калибровки.

Как я уже упоминал на страницах своего ТехноБлога Dimanjy в статье про точность станка с ЧПУ, калибровку шагового двигателя я решил осуществлять оптическим методом с помощью обычной лазерной указки. Если вы читаете эту статью на каком-то другом сайте, то знайте, что ее украл местный нищеброд, и полноту информации в ней я не гарантирую. Кроме того, вы не сможете связаться со мной, чтобы я смог ответить на ваши вопросы, поэтому воспользуйтесь Гуглем и поищите в нем мой ТехноБлог Dimanjy, в котором я отвечу на все ваши вопросы по поводу калибровки шагового двигателя. Теперь мне из-за этих жалких воришек приходится через слово упоминать свой блог в тексте статьи, уж простите меня за это

Для калибровки шагового двигателя при помощи лазерной указки и моего контроллера Dimanjy потребуется наличие помещения с длиной не менее 3-х метров. Я использовал оптическую ось длиной 6 метров, разместив калибровочную мишень на балконе и светя туда лазером из комнаты. Чем длиннее оптическая ось, тем качественнее и точнее вы сможете осуществить калибровку. Возможно, придется воспользоваться фотоаппаратом с zoom-ом, потому что мне уже на 6 метрах трудновата различить деления калибровочной мишени.

Что же из себя представляет калибровочная мишень? Это обычный лист бумаги с нанесенными на него черным маркером делениями. Два крайних деления калибровочной шкалы получаются, когда одна обмотка полна тока, а вторая сперва в нуле, а затем также на максимуме, как и первая. После получения двух крайних положений ротора шагового двигателя, мы при помощи линейки и метода половинного деления разбиваем полученный отрезок на 16 равных частей. Тем самым мы наносим на шкалу желаемые промежуточные положения ротора шагового двигателя в микрошаговом режиме 1/16.

Далее переходим непосредственно к процессу калибровки шагового двигателя. Если вы не дружите с паяльником или не умеете программировать, то я могу изготовить для вас такой контроллер. Свяжитесь со мной через мой ТехноБлог Dimanjy. Те же, кто разбирается в микроконтроллерах, знают, что управление током в обмотках осуществляется при помощи ШИМ (широтно-импульсной модуляции), значения которой на выходе микроконтроллера меняются в диапазоне от 0 до 255 (где 255 соответствует 100% ШИМ). Поместив луч лазера в крайнее положение калибровочной мишени, соответствующее нулевому току обмотки, мы начинаем плавно по единичке увеличивать ширину импульса ШИМ. Таким образом мы потихоньку подводим наводим луч последовательно на каждое деление из наших 16-ти микрошагов и запоминаем эти положения в памяти микроконтроллера, формируя тем самым калибровочную таблицу. Когда же мы доберемся до последнего деления — процесс калибровки считается завершенным. Ура!

После получения калибровочной таблицы, контроллер будет формировать токи в обмотках таким образом, чтобы перемещение ротора осуществлялось точно с интервалами в 1/16 полушага (настолько точно, насколько вы сможете откалибровать). Не беда, если при калибровке луч лазера не совсем точно попадает на деления калибровочной мишени. Не забывайте, что мы делим на 16 частей угол, составляющий всего 0.9°! Т.е. каждый микрошаг провернет ротор на ~0.06°! Собирая станок ЧПУ своими руками для хоббийных целей вряд ли вы будете огорчены, если вместо 0.06° получите 0.07° или даже 0.08°.

Также хочу предупредить, что при начале движения от нуля (когда нет тока в обмотке) двигатель достаточно долго вообще стоит на месте и не движется. На моем двигателе ротор не проворачивался вплоть до значения 180-200 для ШИМ. Это как раз и обусловлено нелинейностью шагового двигателя, о которой я говорил в своем ТехноБлоге Dimanjy в статье про точность станка с ЧПУ. С ростом значений ротор начинает двигаться все заметнее и уже с 240 каждый +1 заметно вращает ротор в сторону максимального деления. Отсюда возможно снижение точности калибровки при приближении к максимуму тока — становится трудно выставить луч лазера точно на деление. В этой связи я начинаю подумывать о снижении количества дроблений с 1/16 до 1/8. Может быть разрешение в 0,05 мм будет предпочтительнее, чем 0,025 мм, если при этом снизится ошибка позиционирования. В общем, следите за продолжением темы на моем ТехноБлоге Dimanjy! Я уже начал создавать свой станок с ЧПУ своими руками, и у меня появились некоторые результаты.

tech.dimanjy.ru

Чип-тюнинг - Индивидуальная калибровка

Калибровка двигателя, особенно нестандартной конфигурации - творческий процесс и к нему нужно как следует подготовиться. В этой статье будут рассматриваться инструментальные методы работы. Калибровку ворованной устаревшей прогой, слушая детонацию ухом, а состав смеси по запаху выхлопа отметем сразу, как шаманскую. 

Начнем с оборудования. Итак, первым делом нам понадобится автомобиль :), хотя нет, автомобиль - в последнюю очередь. В первую очередь нам совсем не помешает программа - редактор калибровок. Здесь, в случае с ВАЗ, впереди планеты всей Chip Tuning PRO версии не ниже хотя бы 6.0 (текущая версия уже 6.5). Первое что делаем мы, читаем хэлп. Ничего не поняв, ищем принтер и читаем уже на бумаге. Опять ничего непонятно? Ничего страшного... у всех так. Читаем снова, медленно и вдумчиво, пытаясь понять смысл приводимых слов, цифр и формул. На пятый - ...надцатый раз туман медленно начинает проясняться, становится не таким ужасным алгоритм расчета топливоподачи, становятся понятны механизмы взаимодействия калибровок. Теперь можно начинать потихоньку (на свой страх и риск) пытаться настраивать автомобили. Для этого нам понадобится:

1. Инженерный блок J5 On-Line Tuner (или J7 On-Line Tuner. А лучше - оба).2. Контроллер ШДК или, для совсем начинающих, какой-нибуть показометр-альфометр. 3. Адаптер K-Line или USB Host, если у Вас J5 On-Line Tuner 2

В принципе, этих трех пунктов уже вполне достаточно для грамотной калибровки. Но это один из самых дорогих "комплектов", т.к для записи инженерного блока подойдет только один программатор - ПАК-2 (3) "Загрузчик" (Combiloader) и его волей - неволей придется покупать (заодно, наконец, отвыкните выдерживать паузы и щелкать тумблерами). Ну, с инженерным блоком все более - менее ясно: почти обычный блок с быстрым протоколом и дополнительным ОЗУ, позволяющий менять калибровки в реальном времени на работающем автомобиле, а вот про альфометр нужно рассказать подробнее. 

Альфометр, основываясь на показаниях лямбда-зонда индицирует альфу, т.е соотношение воздух/топливо в отработанных газах. Калибровщик может в режиме реального времени наблюдать реакцию двигателя на изменение калибровок. 

Раньше для контроля за составом смеси применяли газоанализатор на заднем сиденье, но это доставляло массу неудобств - во первых, все это довольно трудно разместить в автомобиле, во вторых, газоанализатор имеет большую инерционность и приходилось очень долго кататься в стационарных режимах. Переходные же режимы так настроить вообще невозможно. Альфометр практически не имеет инерционности, мал, компактен и удобен и индицирует не СО (как газоанализатор), а конкретный состав смеси. Единственное НО - автомобиль должен быть оборудован лямбда-зондом и последний должен быть в рабочем состоянии. В автомобилях с нестандартным выпуском, естественно, не предусмотрено применение лямбды и необходимо вварить под нее гайку и удлинять проводку. Очень хорошо для этих целей подходит ступичная гайка от классики. После калибровки лямбда-зонд можно убрать, установив заглушку. Применение узкополосного ДК имеет один плюс - низкую стоимость оборудования. В остальном, конечно, одни минусы - использование "переключающегося" ДК дает относительную точность только при составах близких к стехиометрии, на мощностных или экономичных составах он начинает безбожно врать. Именно поэтому такие альфометры относятся, как шутят тюнеры, к классу "показометр". Более правильным и профессиональным решением является использование широкополосного датчика кислорода (ШДК) или, что еще более предпочтительно, контроллер ШДК.

 

Контроллер широкополосного датчика кислорода (Digital Air /Fuel Ratio Meter) - более дорогостоящее и профессиональное решение. Широкополосные (Wide Band) датчики кислорода имеют линейную характеристику и огромный диапазон достоверных показаний. Наиболее доступное оборудование - фирмы Innovate Motorsports. Контроллер ШДК (например, LM-1) намного правильнее показывает состав смеси, имеет большой диапазон измерения. Контроллер служит для индикации состава смеси/лямбды (отношения воздух/топливо) и записи логов (LM-1 пишет до 44 минут), которые потом можно анализировать на персональном компьютере. Но основная задача контроллера - поддержание температуры ДК в заданном температурном режиме для обеспечения максимальной точности измерения.

 

 

Для понимания процесса достаточно посмотреть на графики выходного напряжения ДК разного типа.  

 

Характеристика узкополосного ДК

 

Характеристика широкополосного ДК

 

Innovate Motorsports не ограничилось выпуском только контроллера ШДК. На основе LM-1 компектуются несколько тюнинг-китов, один включает в себя RPM конвертер, для "привязки" логов к оборотам/дросселю (фактор нагрузки) и получения трехмерных графиков для анализа. Второй, более продвинутый, включает в свой состав LMA-3 AUXBOX, с возможностью подключения до 5 внешних датчиков и имеющий в своем составе МАП-сенсор и датчик ускорения. DL-32 кроме всего прочего умеет писать логи на флэш с голосовыми метками - комментариями и пр. Все это может работать автономно, как сборщик логов, а может и в онлайне. Логи и индикацию можно потом обрабатывать утилитой Log Works. 

Имеется так же "вариант попроще" - LC-1, предназначенный, в основном, для постоянной установки на автомобиль. Он не имеет индикации и выводит информацию на компьютер или аналоговый выход.

Спортивное ПО для настройки нестандартных конфигураций двигателей от SMS-Software J5SPT0005/J7SPT0005 и спортивный ЭБУ J5Sport (Соколов-Спорт) могут использовать аналоговый выход LM-1/LC-1 для автоматической постройки таблиц топливоподачи. Данное оборудование не привязано к марке автомобиля и позволяет снять логи состава смеси и связанных с ним параметров с любого автомобиля.

Если нет инженерного блока возможно два варианта:

I ВАРИАНТ - Практический. Отстраивать поэтапно, постоянно производя перезапись программы. Для этого нужно иметь на вооружении:

1. Диагностическая программа.2. Редактор калибровок Chip Tuning Pro v.6.хх (ну, или никак не ниже 3.21)3. Адаптер K-Line4. Программатор5. Альфометр (ну или газоанализатор)

Метод достаточно трудоемкий, но позволяет  добиться примерно такого же результата, как и предыдущий, однако требует гораздо больше затрат труда и времени. Подчас блок приходится переписывать 30-50 раз, прежде чем начнешь приближаться к желаемому результату. Этот метод чаще всего используется для отстройки автомобилей с ЭБУ Bosch MP7.0H и Bosch M7.9.7, где применение инженерного блока вызывает большие технические сложности. 

II ВАРИАНТ - Аналитический. Название это происходит, вопреки сложившемуся стереотипу, не от слова "анал", а от слова "анализ". Для этого варианта понадобится:

1. Диагностическая программа или программа - логгер, позволяющая писать логи на диск.2. Адаптер K-Line3. Альфометр или прошивка работающая с ДК (лямбда - зондом)

Тут все просто - подсоединяем диагностику и ездим, ездим, ездим... Снимая логи по расходу воздуха / наполнению / зажиганию / детонации в движении в различных режимах работы, не забывая поглядывать на состав смеси при этом. Далее, дома, в спокойной обстановке анализируем все полученные данные и строим прошивку. Может понадобиться 2...5 промежуточных заездов. Этот метод для тех, кто не торопясь строит программу под себя. Наиболее подходящее ПО для этих целей - программы DTool от TeamRS и Injektor от Andy Frost. Последняя может работать с логами других программ, например, ICD.

Так что же "вертим" в прошивке? По большому счету очень немного - для правильной работы любого двигателя в стационарных режимах нужно обеспечить состав смеси в мощностном режиме до 12,3-13,2:1, в экономичном - 16-16,5:1 и обеспечить оптимальное зажигание, в идеале соответствующее максимальному ускорению в данной точке. Так же, естественно, необходимо настроить переходные режимы, "ускорительный насос" и холостой ход. Если Вы вняли совету статьи и прочитав ...надцать раз, выучили хэлп к программе - редактору калибровок, трудностей возникнуть никак не должно.

proshivka-vaz.ucoz.ru

Самодельный анемометр. Как сделать анемометр из электрического двигателя. Калибровка. (перевод).

Анемометр – прибор, предназначенный для измерения скорости воздушного (газового) потока. Ниже приводится авторизованный сокращенный пересказ статьи о том, как можно сделать самодельный анемометр из электрического моторчика. Оригинал статьи размещен на этом сайте. .

Если вы собираетесь в своем хозяйстве использовать ветровой генератор, вам потребуются для первоначальной оценки узнать ветровую обстановку на месте, где предполагается установка ветряка. Это даст вам исходную, базовую оценку, какой мощности ветряк и генератор вы можете построить. Коммерческие анемометры достаточно дороги, поэтому можно сделать анемометр самостоятельно. В качестве лопастей анемометра прекрасно подходят половинки пластиковых пасхальных яиц.

Еще нам потребуется небольшой бесщеточный электродвигатель на постоянных магнитах. Основной критерий выбора — минимальное сопротивление подшипников на валу двигателя. Так как ветер может быть весьма слабый и из-за трения он не сможет провернуть вал двигателя. В данном случае я использовал двигатель от неисправного старого жесткого диска. ( Такие диски можно очень дешево купить на интернет аукционах, развалах местного радиорынка или магазинах и мастерских, занимающихся ремонтом и продажей компьютеров . DelaySam.ru ). Впрочем, конструкция анемометра понятна из фотографий.

Такой двигатель представляет собой 12 катушек, расположенных на статоре и ротор, на котором находится постоянный магнит. Для управления таким двигателем используются специальные контроллеры и драйверы. Но если начать вращать ротор, то на катушках начнут наводиться электрический ток. Причем частота этого тока будет, естественно, напрямую связана с частотой вращения ротора. А она, в свою очередь, зависит от скорости ветра. Именно эти факты мы и будем использовать при построении самодельного анемометра.

Основная трудность при строительстве — это сделать исключительно сбалансированный ротор анемометра. Сам двигатель установлен на массивном основании, а на его ротор насажен диск из толстого пластика. Из пластиковых яиц мы вырезаем 3 совершенно одинаковых полусферы. С помощью стальных стержней или шпилек мы закрепляем полусферы на диске, тщательно разметив его на сектора по 120 градусов. Тщательная балансировка выполняется в помещении, где нет никакого движения ветра при горизонтальном положении оси анемометра. Подгонка веса производится при помощи надфилей. Ротор должен останавливаться в любом положении, а не в одном и том же.

Поскольку мы используем совершенно случайный электродвигатель и самодельный ветряк, мы совершенно не знаем, как он будет взаимодействовать с ветром. Нам придется калибровать наш анемометр самостоятельно. И для этого нам потребуется сделать простейший частотомер. Он будет преобразовывать частоту на его входе в напряжение или ток. Схемы таких частотомеров можно найти в журналах для радиолюбителей. Самый простейший такой преобразователь — это обычный интегратор (НЧ-фильтр), состоящий из диода и конденсатора. На выходе мы используем стрелочный миллиамперметр. (Примерные схемы простого частотомера см на оригинале статьи) .

Если вы используете какой либо усилитель в схеме частотомера, и питаете его от батарейки, вы должны понимать , что снижение ее напряжение могут оказывать влияние на показания прибора.

Калибровать самодельный анемометр лучше всего с помощью автомобиля. Правда потребуется какая то мачта, что бы анемометр не попадал в зону возмущенного воздуха, создаваемую автомобилем. Иначе его показания будут сильно искажены. Да и сам спидометр автомобиля проверяют с помощью GPS-навигатора, показывающего истинную скорость автомобиля.

Для калибровки выбирают безветренный день. Тогда калибровку можно произвести быстро. Если же дует какой либо ветер, то придется довольно долго ездить туда и обратно по дороге, что бы скорость ветра сначала прибавлялась в скорости движения, а затем вычиталась. И придется вычислять какие то средние значения. Да еще и ветер при этом не должен меняться. Это сложно и муторно. Поэтому лучше дождаться штиля и при движении по прямой дороге быстро откалибровать анемометр. Учтите, что спидометр нам будет показывать км/час, а скорость ветра нас интересует в м/сек. И соотношение между ними — 3,6. Т.е. показания спидометра надо делить на 3,6. Если автомобиль едет со скоростью 40 км/час, то значит скорость ветра, обдувающего анемометр равна 11,12 м/сек. При калибровке удобно использовать диктофон. Вы просто надиктовываете показания спидометра и прибора, а дома, в спокойной обстановке сможете сделать новую шкалу для своего анемометра.

Теперь, располагая анемометром, мы сможем собрать весьма достоверную информацию о ветровой обстановке в зоне будущей работы ветряка. И это позволит нам сделать правильный выбор и в плане конструкции и типа ветряка, а также мощности генератора.

(пересказ Константина Тимошенко).

www.delaysam.ru