Problemi disturbi con motore CC

[giuseppe2705]

Buongiorno a tutti,
visto che questo forum pullula di gente abituata ad avere a che fare con i motori elettrici, vi illustro un problema che mi sta facendo dannare

Il sistema è così congeniato:

1) C'è una scheda elettronica che controlla il movimento di un motore a spazzole in corrente continua di piccola potenza. Questa scheda elettronica legge anche la posizione da un encoder magnetico.
2) il sensore (l'encoder magnetico) è inserito all'interno di un utensile di acciaio.
3) il motore elettrico va innestato nell'utensile per spostare tramite un ingranaggio la posizione di una slitta metallica.
4)Sia l'utensile che il motore vengono sostenuti da una particolare piastra di acciaio con delle staffe avvitate opportunamente.

PROBLEMA:
L'utensile è alloggiato sulla piastra di acciaio di sostegno, il motore invece no. In questa situazione quando il motore inizia a girare il sensore funziona e legge correttamente.
Nel momento in cui il motore viene attaccato alla piastra di acciaio il sensore da problemi di lettura.

Sembra proprio che il motore disturbi il sensore presente all'interno dell'utensile, tantochè il sensore da errore di lettura proprio nell'istante in cui la carcassa del motore in rotazione va a toccare con la piastra di acciaio su cui è alloggiato l'utensile.

ULTERIORI DETTAGLI.
a)La massa del circuito del sensore è in conduzione con l'acciaio dell'utensile e quindi tramite questo è in conduzione con la piastra di sostegno.
b)La massa del circuito del sensore è la stessa della scheda elettronica.
c)La massa del driver del motore è in comune con quella della scheda elettronica.
d)Il motore viene controllato in PWM a 12V e assorbe poco meno di 2A allo spunto.
e)La massa di tutto il sistema è collegata alla terra.

Non riesco in alcun modo a risolvere il problema. Nel momento in cui la carcassa del motore tocca sull'acciaio della piastra di sostegno o dell'utensile, il sensore da errore di lettura. Ho notato che il problema è più accentuato quando il motore gira a vuoto piuttosto che quando è sotto sforzo.

TENTATIVI EFFETTUATI:
1)ho provato a mettere i condensatori fra + e - del motore fra + e messa (o carcassa) e fra - e massa (o carcassa). Ho tentato con 100nF ceramici ed anche altri valori più grandi e più bassi.
2)ho tentato di mettere diodi di ricircolo 1n4007 fra + del motore e alimentazione e fra - del motore e alimentazione. Non posso mettere il diodo di ricircolo in parallelo al motore poichè la corrente scorre nell'avvolgimento in entrambi i sensi a seconda del verso di rotazione.
3)Ho fatto i più disparati tentativi collegando scollegando i cavi con le masse e il filo terra in vari punti del circuito, inserendo i più svariati tipi di condensatori nel circuito per filtrare l'alimentazione. Nulla da fare.

Vi allego il datasheet del motore, se qualcuno si è già imbattuto in problematiche del genere e può suggerire una possibile soluzione.
Grazie in anticipo dell'aiuto

[ElNonino]

Senza vedere gli schemi elettrici ed anche la struttura della macchina posso solo azzardare alcune ipotesi per suggerirti soluzioni:

- per prima cosa controlla che le masse elettriche siano il più possibile equipotenziali, anche 0,1ohm di differenza possono dare problemi, al limite è buona norma collegare le parti mobili con treccia di rame flessibile a quelle fisse.

- evita assolutamente masse distribuite e multiple, si creano dei ground-loop insidiosissimi.

- se non lo hai già fatto avvolgi 3..6 spire dei cavi del motore su due nuclei toroidali posti vicino al motore ed all'uscita della scheda di controllo.

- puoi provare, da solo od in unione al punto precedente, a far passare i cavi motore in un tubetto di ferrite, ci sono quelli apribili in contenitori plastici.

- un altro tentativo (se i precedenti falliscono) è di usare dei choke common-mode + qualche condensatore di filtro. Essendo il motore pilotato in PWM bisogna però scegliere con attenzione il valore dei componenti.

Una buona cosa sarebbe osservare con un oscilloscopio il segnale proveniente dal sensore magnetico (magari dimmi marca e modelllo del sensore) per capire la natura del disturbo.

- anche mettere dei bead di ferrite su tutti i fili del sensore in prossimità della morsettiera di ingresso non sarebbe male.

In molte schede industriali commerciali si fa scarso uso di ferriti perchè costano relativamente care, inoltre la tendenza ad usare microprocessori a 3,3V anzichè 5V aumenta la sensibilità ai disturbi impulsivi (infatti da un po si sta manifestando la tendenza ad usare i 5V per gli I/O ed i 3.3V solo per i circuiti interni dei micro).

Prova e facci sapere.

[giuseppe2705]

Innanzitutto grazie dei consigli.

Il sensore è l'AS5311 puoi trovare il datasheet a questo indirizzo:

AS5311 Datasheet, Scheda tecnica, PDF - Alldatasheet

E' alimentato a 3.3V. La lettura del dato viene fatta in seriale.
Il sensore contiene un DSP e un sistema di autoregolazione dell'amplificazione del campo magnetico. Oltre al dato in serie vengono trasmessi alcuni bit di controllo che segnalano le condizioni del campo magnetico rilevato e un bit di parità. E' in base all'analisi di questi ultimi bit di controllo che posso discernere se il dato trasmesso è corretto o sbagliato.
Il sensore è collegato al micro con un cavetto da 5 poli lungo 40/50cm non schermato. All'interno del cavo i 5 poli vengono sfruttati tutti, 2 sono l'alimentazione 2 segnali di controllo e 1 i dati.
Quindi le cose sono due:
1)O il sensore trasmette il dato sbagliato
2)O il disturbo agisce sul segnale trasmesso dal sensore e il micro legge valori sballati
Inizialmente ho sempre scartato la 2° ipotesi anche perchè analizzando le forme d'onda con l'oscilloscopio queste risultano assolutamente pulite e sufficientemente squadrate. Anche l'alimentazione è pulita, ho misurato al massimo 40mVpp di rumore. Tuttavia inizio a dubitare anche di questo poichè mi è capitato di rilevare dati trasmessi con il bit di parità sbagliato. In effetti con l'oscilloscopio in mio possesso posso vedere solo segnali periodici mentre è possibile che ci siano spikes aperiodici in determinate situazioni per esempio allo spunto del motore.

Ammettendo che il problema sta nelle masse distribuite inevitabili nel mio caso poichè la macchina ha parti elettroniche e fili sparsi all'interno del suo chassis (anchesso collegato a terra), e masse non equipotenziali, come posso ovviare al problema? In effetti ti posso dire che ho fatto la prova saldando due filetti direttamente su massa e alimentazione ai capi del sensore. Questi ultimi fatti uscire dall'utensile li ho collegati rispettivamente alla massa e all'alimentazione della scheda di controllo, praticamente in parallelo ai conduttori del cavo a 5 poli, ed ho notato un miglioramento della situazione ovvero il dato letto dal micro era errato ma meno frequentemente.

Al momento dispongo subito di una coppia di induttori di potenza da 10uH 5A da poter impiegare per fare delle prove. Ma non so se metterle in serie all'alimentazione del motore (non sulle uscite pwm che sarebbe ancora peggio) possa servire.

[ElNonino]

Conosco ed uso i sensori magnetici della AMS già da alcuni anni, ne ho uno rotativo installato per rilevare la posizione dei pannelli FV sul mio impianto in baita; funziona senza problemi da 5 anni ed ha resistito ad intemperie e fulmini senza mai dare errori.

Mi permetto darti alcuni suggerimenti:

- Se puoi alimenta lo AS5311 a 5V ed usa il suo regolatore interno per avere i 3,3V.

- Usa un cavo schermato per portare alimentazione e segnali dal micro al sensore collegando la calza schermata a massa solo dal lato scheda microprocessore.

- Non collegare alla struttura metallica la massa della scheda AS5311, lasciala flottante e che vada a massa solo tramite il filo dell'alimentazione (non la calza).

- Metti in serie ad ogni fili del cavo multipolare sia lato scheda micro che sensore dei bead di ferrite (al limite prendi i bead e mettili sui fili isolati).

- Connetti l'oscilloscopio sul modulo AS5311 sui piedini del PWM e vedi se hai jtter o disturbi quando si verificano le anomalie.

Ti metto gli schemi della mia scheda sensore magnetico e dell'interfaccia che uso in baita (così vedi il sistema che utilizzo per filtrare i disturbi sui cavi), tieni conto che l'interfaccia è posta a circa 10 metri dalla scheda di controllo e fra interfaccia e sensori ci sono altri 2 metri di cavo multipolare schermato.

Il cavo che collega la scheda di controllo e la scheda d'interfaccia corre in un tubo nel quale passano anche i cavi di potenza che alimentano i motori di rotazione ed elevazione dei pannelli controllati in PWM e che assorbono circa 2A a 24Vcc ciascuno.

[giuseppe2705]

Non posso alimentare il sensore a 5V per tutta una serie di motivi devo per forza andare con 3.3V.
Comunque lunedì proverò ad impiegare un cavo schermato ma sono pessimista su questa soluzione. Infatti la cosa strana è che ho già costruito un prototipo della stessa macchina ma con schede saldate a mano su millefori, quindi una schifezza, utilizzando lo stesso cavo multipolare non schermato, stesso motore stesso drive ecc.... eppure non ha assolutamente di questi problemi.

[giuseppe2705]

Sto facendo le prove. Riassumo:

1) ho avvolto i cavi in uscita dal driver verso il motore nel tubetto di ferrite. Non va!
2) messi 10uH in serie all'alimentazione del motore. Non va!
3) mi sono assicurato che la piastra e la carcassa del motore fossero collegate a massa tramite un cavo che ci ho attaccato apposta. Non va!
4) ho messo una maglia di schermatura intorno al cavo dati collegata a massa. Non va! Riproverò mettendo proprio un cavetto schermato.

[giuseppe2705]

non va. Niente da fare.

[ElNonino]

Fammi capire un paio di cose:

- la scheda prototipo su millefori montata sulla macchina funziona senza problemi, quella 'finale' invece no ?

- lo AS5311 è montato all'interno di un blocco metallico ed è statico e legge la riga od il disco magnetico ?

- In pratica ipotizzando una riga magnetica lineare è la riga a muoversi od il sensore ?

Non è che potrebbe essere il flusso disperso del motore che in alcune situazioni si chiude sul sensore o sulla riga e ne falsa la lettura ?

[Naraj]

Originalmente inviato da giuseppe2705

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PROBLEMA:
L'utensile è alloggiato sulla piastra di acciaio di sostegno, il motore invece no. In questa situazione quando il motore inizia a girare il sensore funziona e legge correttamente.
Nel momento in cui il motore viene attaccato alla piastra di acciaio il sensore da problemi di lettura.

Sembra proprio che il motore disturbi il sensore presente all'interno dell'utensile, tantochè il sensore da errore di lettura proprio nell'istante in cui la carcassa del motore in rotazione va a toccare con la piastra di acciaio su cui è alloggiato l'utensile.....................................

Non ho capito molto il montaggio della tua apparecchiatura, alcune foto renderebbe più chiaro il montaggio.
Provo a dire una possibile sciochezza.
Hai mai pensato di isolare completamente e in qualche modo il sensore dalla massa del motore? Questo si potrebbe fare con dei gommini e viti di plastica.
Un'altra possibile soluzione è collegate elettricamente il sensore con isolatori ottici o aimentare la parte elettronica a batteria fino a quando non si risolve il problema in modo definitivo.

Naraj.

[giuseppe2705]

Originalmente inviato da ElNonino

Fammi capire un paio di cose:

- la scheda prototipo su millefori montata sulla macchina funziona senza problemi, quella 'finale' invece no ?

Si

Originalmente inviato da ElNonino

- lo AS5311 è montato all'interno di un blocco metallico ed è statico e legge la riga od il disco magnetico ?

E' statico e legge la riga magnetica.

Originalmente inviato da ElNonino

- In pratica ipotizzando una riga magnetica lineare è la riga a muoversi od il sensore ?

Non è che potrebbe essere il flusso disperso del motore che in alcune situazioni si chiude sul sensore o sulla riga e ne falsa la lettura ?

E' la riga a muoversi. Non so che dire, nell'altra macchina fatta con le millefori non ci sono assolutamente problemi.