Weil das Thema eine interessante Anwendung für einen Umrichter wie den ThunderDrive ist, hatte ich vorgeschlagen die Automatisierung des Props zu übernehmen. Darauf hin kam Jüge, der Threadstarter, auf mich mit ein paar Anforderungen zu.
Im wesentlichen geht es um folgende Betriebsmodi:
- Normal / CUT: Keine Regelung. Motor über Knüppel und Pitch/Verstellung über Slider.
- Idle 2 / FLIGHT IDLE: Hier ist das gleiche, nur dass die Drehzahl bei 12000rpm liegt.
- Idle 1 / GROUND IDLE: Regelung mit Begrenzung bei z.B. 4000rpm. Solange nicht genügend Gas gegeben wird, bleibt der Pitch auf Minimum, um das Moment so klein wie möglich zu halten, damit der Prop auf die gesetzte Drehzahl beschleunigen kann. Hat der Propeller 4000rpm erreicht und es wird mehr Gas gegeben, so erhöht der Regelkreis den Pitch, um das Moment zu überhöhen.
Zu erst dachte ich, das wirt simpel. Drehzahl messen und regeln mit dem Pitch als Stellgröße. Ein simpler PI-Regler würde das schon tun. Aber so einfach wie es auf den 1. Blick wirkt ist das Thema aber gar nicht. Was ich nicht bedacht hatte, war das unterschiedliche Verhalten der Antriebe. Ein Verbrennungsantrieb (Egal ob Zerknalltreibling oder Turbine) ist leistungsgesteuert, Mehr Gas ergibt mehr Leistung, aber bei konstantem Gas bricht bei Belastung die Drehzahl ein. Das ergibt sich aus der Gleichung für die mechanische Leistung.
Leistung = Drehmoment * Drehzahl
Ersetzt man den Verbrennungsantrieb durch einen BLDC-Motor mit einem Standard BLDC-Regler, hat man keinen leistungsgesteuerten Antrieb mehr sondern einen drehzahlgesteuerten Antrieb. Das ergibt sich einfach gesagt aus der Drehzahlkonstante Kv die üblicherweise in rpm/V angegeben wird und der Arbeitsweise der BLDC-Regler. Denn diese "Regler" stellen abhängig von ihrem Sollwert (0% - 100%) eine Spannung von 0 - Akkuspannung ein. Im Leerlauf entspricht die Drehzahl des Motors
Drehzahl = Sollwert * Kv * Akkuspannung
Jetzt mag man geneigt sein zu sagen, dass die Drehzahl unter Belastung auf bei E-Motor absinkt und das stimmt auch aber nur um einen sehr geringen Teil:
Drehzahl = Sollwert * Kv * Akkuspannung - Rs * Wicklungsstrom
Rs ist der Innenwiderstand der Wicklung (Der wird sogar bei Modellbaumotoren oft angegeben). Der Strom durch die Wicklung welcher sich durch die Belastung des Motors ergibt sorgt somit für einen Spannungsabfall in der Wicklung. Das hat zur Folge das die Spannung die der Motor in Drehzahl umsetzen kann sinkt und folglich auch die Drehzahl an der Welle. ABER der Rs ist so gering, dass man diese Spannung auch vernachlässigen kann. Übliche Werte für Rs liegen je nach Leistungsklasse des Motors bei 100mOhm bis runter zu 10mOhm. Die Drehzahl sinkt so unter Volllast nur um gut 10% ab.
Selbst wenn man den Innenwiderstand der Motor- und Akkuzuleitungen sowie den Innenwiderstand des Akkus selbst mit einbezieht kommen nicht mehr als 20% Drehzahleinbruch zusammen.
Long story short: Wenn der Gasknüppel so steht das der Prop an die eingestellte Drehzahl des Pitchreglers kommt, dann würden 2 Rasten mehr am Knüppel dazuführen das der Motor überlastet wird weil der Pitchregler versucht die Drehzahl mit mehr Pitch zu halten und der Motor der höheren Spannung des Reglers folgt. Die einzige Variable Größe ist hier der Strom und der steigt soweit an des entweder der Motor oder der Regler stirbt.
Deshalb braucht der Pitchregler nicht nur die Drehzahl sondern auch den Strom des Motors um die Motorleistung zu messen. Damit kann dann auf den Gasknüppel eine Antriebsleistung von 0%-100% gelegt werden.
So glaube ich ließe sich zum einen ein Scale-Verhalten des gesamten Antriebs erreichen und eine maximale Feinfühligkeit für den Schub am Knüppel. Außerdem kann der Pitchregler so immer sicherstellen, dass Motor und Regler nicht überlastet werden.
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