¿Debo cambiar mi servo sistema de motores cepillados a motores sin escobillas?

Tengo un robot que utiliza motores cepillados en su servo sistema. Estos son motores Maxon 3W, con cajas de engranajes planetarios 131: 1. Los motores están controlados por un microcontrolador PIC que ejecuta un controlador PID de 1 kHz. Los servos son para una aplicación de baja velocidad y alto par. Hay una reacción violenta significativa entre el sensor y el motor.

Maxon ofrece motores sin escobillas de 12 W que son del mismo tamaño. Estos son mejores en muchos aspectos: doble par, mejor disipación de calor, mayor eficiencia.

El problema, obviamente, es que requieren componentes electrónicos más complejos. Además, escuché a un par de personas mencionar que los motores con escobillas son mejores para las aplicaciones de servos, aunque nunca explicaron por qué.

• ¿Alguien más ha implementado este tipo de sistema?
• ¿Hay problemas al usar motores cepillados para servos?
• ¿Es posible realizar el servo a bajas velocidades si solo tengo los 3 sensores Hall digitales integrales y no tengo codificador? (Preferiría no agregar un codificador por el dinero y el costo del espacio)
• ¿Es probable que la ondulación de par sea un problema?

Los motores cepillados son más fáciles para los servosistemas, pero no son mejores. Muchos servosistemas de alta gama son brushless / AC.

Es posible controlar los motores a bajas velocidades con solo 3 sensores hall. Realmente no desea la conmutación trapezoidal, especialmente a bajas velocidades, por lo que podría agregar un codificador o estimar la posición del rotor si es necesario.

Es posible estimar la posición del rotor solo con sensores de pasillo / corriente, pero si hay muchas perturbaciones externas, no funcionará muy bien.

Es poco probable que la ondulación del par sea un problema, por supuesto, depende de su aplicación. Los métodos de conmutación más avanzados (vector sinusoidal o de flujo) esencialmente eliminan la ondulación del par.

Usted dice que su aplicación es de baja velocidad, pero también está usando una caja de cambios 131: 1. ¿Qué RPM ve normalmente el motor? No es realmente una aplicación de baja velocidad si el motor funciona a más del 30% de sus RPM nominales. Incluso los sensores de hall tienen una resolución muy alta después de pasar por tanta reducción, por lo que es posible que realmente no necesite un rendimiento de baja velocidad en el motor.

En mi humilde opinión Dado que su sistema actual tiene una reacción violenta significativa entre el sensor y los motores, no puedo imaginar que un sistema sin escobillas empeore incluso con pasillos / conmutación trapezoidal.

En la industria, existe una fuerte preferencia por motores sin escobillas de bajo mantenimiento en lugar de motores cepillados de mantenimiento relativamente alto. Si bien el primero puede ser más costoso en términos del motor en sí y de la electrónica del variador, la reducción en el costo de mantenimiento a largo plazo generalmente supera el costo de capital adicional.

Como sugiere user65 , es posible que necesite una conmutación sinusoidal para evitar la ondulación del par a bajas velocidades, dependiendo de cómo diseñe su sistema y cuán bien necesite que sea su control de velocidad.

El documento A Comparison Study of the Commutation Methods for ... tiene algunos métodos de conmutación de información interesantes, que podrían ser útiles.

Sin embargo, creo que evitar usar codificadores es una falsa economía.

A diferencia de los pasillos, tienen la clara ventaja de que no están vinculados a la rotación del motor , es decir, no tienen que ir al eje del motor. Puede colocarlos en el lado de carga de la caja de cambios, lo que le permitirá cuantificar los efectos precisos de la reacción en su caja de cambios.

Esto le permitiría realizar una compensación de contragolpe en el software, ejecutar servos loops dobles (uno para el seguimiento de posición con compensación de contragolpe y otro para un control de velocidad más inmediato) y, en general, tomar un control mucho más preciso de su sistema tanto a alta como a baja velocidad.