Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung mit demselben Gashebel

Es gibt mehrere Gründe, warum Ihre Beispielschaltung ungeeignet ist:

• Sie haben keine doppelte Stromversorgung (±24 V) an Ihrem Scooter.
• Das Spannungssteuerverfahren ist verschwenderisch. Bei halber Spannung verschwenden die Ausgangstransistoren so viel Strom, wie der Motor verbraucht.
• Das Potentiometer läuft mechanisch nicht durchgehend. (Siehe Abbildung 1.)

Abbildung 1. Ein Wigwag-Drosselklappenpotentiometer für einen Mobilitätsroller. Beachten Sie, dass nur ein kleiner Teil des 330°-Wegs des Potentiometers verwendet wird – vielleicht ±30°.

Die Lösungen dazu sind:

• Ausführung für Einzelschienenversorgung. Dies erfordert die Verwendung einer H-Brücke, um die Stromrichtung im Motor umzukehren.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 2. Ein vereinfachtes Schema einer H-Brücke. Wenn die Schalter 1 und 4 wie gezeigt geschlossen sind, läuft der Motor in eine Richtung. Durch Öffnen von 1 und 4 und Schließen von 2 und 3 kann der Motor in die entgegengesetzte Richtung laufen. Um den Motor zu stoppen, öffnen Sie alle Schalter. In der Praxis werden die Schalter durch Transistoren ersetzt.

• Anstatt den Strom durch allmähliches Einschalten von Q1/Q2 zu steuern, verwenden wir PWM (Pulsweitenmodulation). Bei diesem Schema wird der Motor sehr schnell zwischen voller Leistung und Nullleistung gepulst und die Impulsbreite proportional zur gewünschten Drehzahl eingestellt.

Abbildung 3. Ein PWM-Signal, das von 80 % auf 20 % bis 80 % auf Null geht. Wenn die Pulsfrequenz relativ zur Reaktionszeit des Motors hoch ist, wird eine sehr sanfte Steuerung mit geringen Verlusten in den Schalttransistoren erreicht.

Der beste Ansatz besteht darin, einen Mikrocontroller zum Lesen des Potentiometers zu verwenden, den gewünschten Ausgangspegel mit einem einfachen Beschleunigungsbegrenzungsalgorithmus zu berechnen, ihn in PWM umzuwandeln und an eine geeignete H-Brücke auszugeben.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Abbildung 4. Grobes Blockdiagramm des PWM-Steuerungssystems.

Codeaufgaben:

• Lesen Sie das Potentiometer ab und normalisieren oder skalieren Sie es beispielsweise auf -100 bis +100. Sie sollten wahrscheinlich eine Totzone in der Mitte hinzufügen, um ein Kriechen oder Laufen von Strom durch den Motor zu verhindern, wenn er gestoppt wird. z.B:

  0 ------------------------- mid ------------------------- 330°  
             ^ max reverse          max forward ^  
             -100 -------- 0 ---- 0 -------- +100 scaled output   
  

• Die Verwendung dieser Strategie erfordert eine bestimmte Bewegung des Wigwags, bevor der Strom eingeschaltet wird.

• Ich vermute, dass der Motor eher schwach sein wird und dass selbst bei Volllast aus dem Stand die Beschleunigung kein Problem darstellen dürfte. Wenn dies der Fall ist, fügen Sie eine Routine hinzu:

  // Very crude pseudo-code!
  int v, a, pwm;                 // velocity and acceleration and pwm
  ww = getScaledInput;           // wigwag
  if (ww > 0) {
      if (ww > pwm) {            // we need to accelerate to pwm
          pwm = pwm + accel;
      }
      if (ww < pwm) {            // we need to decelerate
          pwm = pwm - accel;
      }
      if (ww == 0) {             // stop
          pwm = 0;
      }
  }