RThrust — система автоматического тестирования БК моторов

    Я довольно давно увлекаюсь мультикоптерами, и все это время я ищу способы заставить коптеры летать дольше.
    Типичное время полета для недорогого коптера 7-15 минут. Удручающе мало. Мой текущий квадрокоптер летает 19 минут. И на выбор регуляторов и ВМГ для него я потратил немало времени, чаще всего делая предположения в условиях недостаточных данных.
    Ключом к продолжительности полета является энергоэффективная винтомоторная группа. Что это значит? Комбинация мотора и воздушного винта должны максимально эффективно использовать энергию для создания тяги. То есть поднимать как можно больше веса, потребляя как можно меньше энергии. Измеряется эффективность винтомоторной группы в граммах на ватт. На форумах частенько встречаются различные приспособления, состоящие из весов и крепления для мотора плюс какой-нибудь ваттметр. Иногда обходятся чисто весами, чтобы выяснить какую вообще тягу создает ВМГ.
    Однако, погрешность измерений обычно весьма высокая, начиная с того, что мы не можем точно определить одновременно и тягу, которая колеблется (мотор постоянно меняет обороты) и мощность, которая тоже плавает достаточно сильно. В итоге ошибка сравнима с разницей между моторами.
    Меня такая ситуация не устраивает, учитывая, что моторы и пропеллеры различаются по стоимости до десятка раз, нужно понимать, стоит ли платить больше.
    В итоге я построил испытательный стенд, на который крепится ВМГ и замеряются ее параметры:
    RThrustLogo-Тяга с точностью до 1г
    -Напряжение аккумулятора с точностью до 0.01В
    -Ток с точностью до 0.1А-0.2А примерно (зависит от тока)

    Не знал в какой блог разместить информацию, поэтому пока поместил сюда.

    Все эти параметры снимаются для каждого значения управляющего сигнала для регулятора скорости с шагом в 1%.
    Дополнительно вычисляются мощность и эффективность ВМГ для каждой точки.
    По полученным данным строятся графики. По горизонтали — положение ручки газа в процентах. По вертикали — замеренные и вычисленные значения для данного положения ручки газа.

    Раз уж я инженер-программист, то стенд все тестирование выполняет полностью автоматически.
    Возможности программы:
    Мотором можно управлять вручную, наблюдая данные в реальном времени для примерной оценки мотора. Делается это простым движением ползунка или вручную вводя значение от 100 до 200 (управляющий импульс от 1 до 2 мс). Справа наглядный индикатор показывает положение виртуальной ручки газа для введенного числа.
    Для всех снимаемых данных выполняется фильтрация шумов.
    Для тока и эффективности доступна также дополнительная фильтрация, т.к. в силу особенностей бесколлекторного мотора потребление у него постоянно скачет и на графике появляются шумы, если не фильтровать данные.
    Значения опорных напряжений, используемых стендом для замера можно изменить, как и коэффициенты делителей напряжения.
    Все настройки сохраняются программой автоматически в ini файле.
    Время измерения на каждый шаг газа можно указать в миллисекундах. Хорошие результаты дает измерение по 800 мс на шаг, тогда весь тест мотора занимает примерно 1м 20 секунд.
    В любое время можно нажать ESC и тест прекратится, мотор будет остановлен.
    Если водить мышкой над графиком, то под ним программа покажет значения всех графиков для данного положения "ручки газа".
    График можно увеличить и рассматреть детальнее, можно таскать его мышкой, расматривая интересующий кусочек.
    Любой график можно отключить, чтобы рассмотреть другие данные, масштабирование по вертикали при этом выполняется автоматически так, чтобы все отмеченные графики влезли.
    Результаты измерений можно сохранить в файл ".mpp".
    Также в текущей версии программы появилась функция сравнения параметров ВМГ:

    Есть возможность сравнить не только разные моторы, но и один и тот же мотор с разными пропеллерами или батареями, а также построить графики приведенной зависимости эффективности от тяги, учитывая собственный вес ВМГ.
    Позже, возможно сделаю экспорт данных в CSV формат, для обработки в Excel, например.
    Я провел несколько десятков тестов и получил интересные результаты. Например, эффективность зависит от степени заряженности батарейки, как я и догадывался. Не все батарейки одинаково полезны, причем на графике это заметно невооруженным глазом. Не все регуляторы скорости одинаково хороши, но вокруг них много домыслов, а стенд позволил наглядно убедиться в чем разница регуляторов и даже сравнить один и тот же регулятор с заводской и альтернативной прошивкой.
    Анализируя полученные данные я разработал методику подбора ВМГ под конкретную задачу. Возможно это найдет реализацию в виде модуля автоматического подбора по параметрам. Тогда можно будет выбрать наиболее эффективную ВМГ под конкретный коптер.
    Аппаратная часть реализована на 32битном микроконтроллере STM32F100RB. Программная часть работает под любой современной виндой, никаких .net и прочих приблуд не требуется.
    Желающим протестировать свои ВМГ предлагаю обращаться. В зависимости от того, насколько интересна мне эта ВМГ я могу сделать тест и бесплатно.
    Возможности стенда:
    -Напряжение до 4S (будет до 6S)
    -Замеряемый ток до 30А. (Будет до 50А)
    -Тяга ВМГ до 5кг.
    -На стенд влезут пропеллеры до 80см длиной.
    -Регуляторы с управлением стандартным PWM сигналом, то есть любые хоббийные.

    Весь процесс замера выглядит примерно так (сократил время тестирования для демонстрации).


    По напряжению и току модифицировать особых проблем нет, нужно только несколько деталек.
    Собрать такой стенд на заказ тоже возможно, но пока у меня нет времени разводить законченный девайс, так что если стенд нужен, то это займет некоторое время-не все компоненты есть в наличии.

    Самое главное — предлагаю желающим с хабра бесплатно протестировать свою ВМГ и получить ее данные.

    Similar posts

    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 63

      +2
      Хорошая система, но я так ждал ссылки на гитхаб в конце статьи!)
      Вообще интересно было бы сделать по тестовым данным сервис… чтобы в онлайне параметры можно было сравнить и посмотреть. Сообщество могло бы их добавлять, либо присылать моторы, контроллеры, винты для тестов… скидываться на покупку тестовых компонентов и т.д.
        –1
        Полным полно таких штук уже, гуглите по словам motorcalc. Например вот: www.ecalc.ch/motorcalc.htm
          +1
          Да-да, все, кто пробовали этими сервисами пользоваться, знают чего стоит собрать данные для него и насколько результат расходится с реальностью )
            0
            Не, я имел в виду именно то, что в онлайне параметры можно посмотреть. Люди измеряют и выкладывают. Вот, например, отличный сайтик: www.bungymania.com/bmdb.php.

            С другой стороны ваш стенд крутой, я бы с радостью воспользовался им (или подобным), чтобы не собирать себе. Но в то, что вы будете постоянно тестить на нём моторы-винты, которые вам кто-то будет присылать, я слабо верю — я бы точно не стал заниматься этим на постоянной основе.
              0
              А я и не гарантирую никому. Если мотор- проп мне интересен — протестирую точно, если нет — зависит от многих причин. Например, если ничего делать не нужно (мотор-маунт, например), то протестить — вопрос 5 минут. Велкам. Если же нужно пилить под мотор площадку, то зависит от моей заинтересованности в этом.
              На постоянной основе и для всех подряд я готов этим заниматься только платно. Размер оплаты — вопрос скорее к тем, кто хочет получить характеристики ВМГ, сколько они готовы заплатить.
              В любом случае — пишите, если запросов будет достаточно, можно подумать и о сервисе, а если 2, 3, 5 — сделаю всем бесплатно :)
                0
                Вам было бы интересно variable pitch померить? Адаптер для монтирования, конечно, придётся изготавливать, в принципе у меня есть какой-то материал, который может подойти, есть ручной инструмент типа дрели с штативом для вертикальной подачи, ну и руки вроде из плеч растут :) Есть 3 набора лопастей, но надо 2 канала на входе: контроллер мотора и серва, задающая шаг.

                Сейчас я несколько застопорился на стадии проточки канавки под стопорное кольцо на осях моторов. Ручным инструментом 0.5мм в ширину не получается никак проточить (зажимал в патроне дрели, протачивал дремелем, отрезным диском). Если у кого нибудь есть варианты доступа к токарному станку — напишите плз.
                  0
                  У меня только хоббийный станок с хоббикинга, но у него приличные биения и удобство не ахти.
                  А вообще — протестить можно, добавить второй канал PWM не проблема. Правда я сильно сомневаюсь в хоть какой-то эффективности такой ВМГ )
                    0
                    О, станоцек — это очень интересно. Есть узкий прорезной резец? (вроде так называется). Биения не так страшны, это стопорная шайба под мотор, там +- 0.1мм не так страшно.

                    Фича variable pitch не в эффективности (она будет даже хуже, чем ВМГ с APC-E винтами), а в скорости реакции на управляющий сигнал.
                      0
                      У меня вот такой
                      Что такое прорезной резец не знаю. Биения могут быть и побольше, я думаю.
                      Скорость реакции на управляющий сигнал зависит от скорости серв, а я не думаю, что они быстрее реагируют, чем хороший 24-полюсник. к тому же это будет тяжелая и менее надежная схема.
                      Вопрос в том, что она даст?
                        0
                        Может и подойдёт, я сам с токарниками знаком только по картинкам из интернетов :) У меня есть несколько осей, на которых можно эксперименты проводить.

                        www.youtube.com/watch?v=MvRTALJp8DM — вот как работает квадрик с VP. А скорость реакции мотора ограничена скорее инерцией винта, чем самим мотором. Во всяком случае зарубежные институты, в которых проводят опыты с квадриками, уверяют, что variable pitch — это очень круто. Хочется попробовать самому.
                          0
                          Я то с токарниками знаком, именно поэтому этот конструктор у меня простаивает. Не устраивает точность.
                          Агрессивные маневры мне малоинтересны. Я пока не видел автономных коптеров, которые могут их выделывать, а вручную неинтересно вовсе.
          0
          Насчет сервиса я думал, если кто-то готов собраться и сделать серверную часть, я бы с ним пообщался. Если удастся собрать какую-то помощь для хостинга и моторы/пропеллеры/ регули на тесты — тогда стоит делать. А иначе пока нет смысла выкладывать все это, потому что тестирование нужно выполнять очень тщательно иначе в результате будут показывать что угодно, кроме пригодных для использования данных. Я провел уже около сотни замеров и некоторые пришлось выполнять по нескольку раз, а это процесс небыстрый — нужно замерить, зарядить аккумулятор под завязку, проверить, что все данные правильно сняты. В процессе настроек тоже не один десяток итераций был.
          Так что пока я готов обсудить с кем-то реальный проект, либо ответить на какие-то вопросы по установке, но не готов обучать всех созданию аналогов — это довольно муторно и сильно отличается по трудозатратам и сложности от других моих статей, которые я публикую свободно и потом отвечаю на море вопросов по ним.
            0
            А какой функционал вы хотите видеть в серверной части?
              0
              Желающий помочь с программингом сервеной части уже нашелся. Дальше дело только за ВМГ на тестирование.
          0
          Не знал в какой блог разместить информацию

          "DIY или Сделай Сам" же.
            +1
            Поспешил, Вы саму установку не описываете.
              0
              Совершенно верно. Описание в одну статью не влезает и я пока не решил, буду ли выкладывать разработку совсем открыто. Дело в том, что ее реальные пользователи, которые смогут окупить создание установки — не очень большое количество народу. А себестоимость установки больше 100 баксов на данный момент.
                +1
                Извините, а откуда такой ценник? Или Вы учитываете все комплектующие: аккумулятор, контроллер двигателя, двигатель, пропеллеры? По фото увидел СТМ-Дискавери, USB-UART (скорее всего) переходник, сам аккум, контроллер двигателя, переходные платы, танзодатчик, сам двигатель и пропеллер… (метал.конструкцию я не учитываю)
                  0
                  Нет, довольно дорого стоит тензометрический датчик с обвязкой.
              +2
              или «я пиарюсь» или как его там.
                0
                Да я не сказал, бы что совсем уж пиарюсь, потому как не продаю ничего. Скорее рассказываю о возможности бесплатно померять свои ВМГ и о своих наблюдениях в ходе замеров.
              0
              Будут ли в открытом доступе полученные результаты?
              Можно ли будет их забрать или ссылаться на них c «каталога» www.rcdetails.info?
                0
                Пока что я думаю на этот счет. Единственный вариант, который я пока вижу разумным — создание онлайн-калькулятора или запросов на расчеты коптера по базе или просто графики замеров. Проблема в том, что правильно интерпретировать данные могут далеко не все, поэтому и говорю, что пришлось разработку методику подбора ВМГ. Возможно бесплатно, возможно за небольшую плату. Труда вложено от идеи до реализации довольно много и трудиться еще больше ради самоутверждения от создания ресурса — немного сомнительная идея )
                Этот проект выиграет только при качественных данных и массовости. За свой счет я не буду покупать десятки и сотни моторов и аккумуляторов с регулями, а сравнивать мои данные с самопальными смысла нет, в итоге все равно большинство не сможет выбрать между мотором которого в базе нет и мотором, который я замерил. Какой смысл?
                +1
                Какой интересный у вас коврик с пикселями.
                  0
                  напряжение и ток — понятно как измерить, а вот тягу Вы как измеряли?
                    0
                    Подозреваю — белая фигня (на которой закреплен мотор) есть датчик давления (пьезо-что-то-там).
                      0
                      Тензодатчик? Усилитель сами делали или датчик готовый в комплекте?
                        0
                        Он самый. В данном случае готовый, будет и самодельный, жду комплектующие. Софт, калибровка и обработка — мои.
                      0
                      Кстати, как измеряется ток — тоже интересно, там могут быть десятки ампер и мерить падение напряжения на резисторе — не вариант.
                        0
                        в качестве шунта может быть обычная медная проволока… или специализированный цифровой датчик, например ACS712
                          0
                          Точности «проволоки» будет маловато для «измерительного стенда». Интересно, как у автора реализовано.
                            0
                            Похоже с поверметра снимаются показания
                              0
                              нет Powermeter просто для наглядности и сравнения результатов, в стенде он не используется.
                              Данные снимаются ACS712 — сенсор тока +-30А.
                          0
                          Токовый датчики на эффекте Холла. LEM такие делает, например.
                            0
                            Верно, только в данном случае Allegro.
                        0
                        Вижу у вас желтый аккум на фотке — не по фен-шую это. Я вот уже задолбался менять аккумы в квадрокоптере во время всяких дебагов, нужен какой-то преобразователь с 220В.
                          0
                          Подарите источник питания на 9-20В 30-40А — будет по феншую :) Я тоже задолбался заряжать аккумы. Благо у меня он не один. На картинке просто для демонстрации, он большинство моторов не тянет для тестов — проседает.
                          А на деле — тут важно еще смотреть работу в реальных условиях, потому что аккумулятор под нагрузкой проседает и эффективность ВМГ падает. Это важно знать для расчетов реальных коптеров. Поэтому и тестирую целиком. И вес учитывается не только мотора, а вместе с адаптером и винтом.
                            0
                            Я думаю компьютерный БП ватт на 600-700 пойдет с линией 12В
                            Можно на БП шорт-листы составлять, а потом отобранные пары гонять на акках уже.
                              0
                              Нет, меня не интересуют сферические ватты в вакууме. На коптере будет стоять конкретный аккум — 2, 3, 4, 5, 6 банок, с напряжением от 6 до 25.2В. И эффективность ВМГ очень сильно отличается на разных напряжениях. Так что мерять на одном напряжении 12В не вариант.
                              К тому же по току не факт, что БП вытянет 30-40А.
                                0
                                Тогда надо БП строить. Думаю цена вопроса баксов двести.
                                БП должен и больше отдать на 12В.
                                  0
                                  Есть готовые импульсные БП выдающие 7-12В, и 40А, большего напряжения я не встречал. В компьютерных БП линия 12В как раз выдает не очень большой ток. У меня есть суровый сетевой трансформатор на 12В, по идее он способен дать достаточный ток, но мне нужно его уменьшить под две банки (6-8В), вот думаю реально ли такое зачудить на MC34063 и внешнем MOSFETе?
                                    +1
                                    Понятия не имею, но вообще меня не радует идея с фиксированным БП вообще. Или лабораторный регулируемый источник напряжения или ну его нафиг, аккумуляторы лучше.
                                      0
                                      По поводу компьютерных БП. Сказанное справедливо для старых БП. Последние лет 5 тенденция идет на энергоэффективность, компьютеры в основном только от 12 вольт сейчас и работают. Например мой БП Seasonic на 760ватт выдает 60А по линии 12V и это не воздушные А, а очень даже реальные. Если интересно посмотрите тесты на образовательных сайтах.
                                      0
                                      200 баксов для БП на мой взгляд слишком много, я уж как-нибудь с батарейками поработаю ).
                                    0
                                    Можно, но основную интересовавшую меня массу я протестил, а единичные тесты можно и на акках сделать.
                                    Вот если народ пойдет массами, то тогда да, БП полезен :) Но это маловероятно. Одни порадуются, что есть стенд и так и не дойдут до меня, другие огорчатся, что я не выложил всю схемотехнику и софт и все равно не дойдут. Может кто-то сам сделает аналог. Идею и вариант реализации я показал.
                                0
                                Высокий класс. Мы планировали с коллегами собрать что-то похожее, но никак руки не дойдут. С радостью замерил бы свои моторы и пропеллеры (T-Motor MT2216-11 900kv, Graupner E-Prop 11x5 на 4S), но отправлять далековато :)
                                  0
                                  К сожалению ни MT2216 ни винтов Graupner у меня нет. Если будете в Москве — велкам, ВМГ интересная.
                                  0
                                  Меня давно интересует вопрос зависимости эффективности от формы пропеллера. Можете написать свои выводы об этом?
                                    +1
                                    Там нелинейная и непростая зависимость, но могу сказать так:
                                    Чем легче пропеллер, тем он эффективнее.
                                    «Гнутые» пропеллеры при прочих равных эффективнее на низких скоростях вращения. Прямые — на высоких.
                                    Учитывая кривую эффективности моторов, эффективнее вращать на низких оборотах.

                                    Из этой группы эффективнее всего тот что условно отмечен как CF14W.
                                    Оптимальные пропеллеры я тоже все еще ищу. Высокоэффективные знаю, но хоббиисту они не по карману (800 евро штука — оригинал, 100-200 баксов копия)
                                      0
                                      CF14W — а реально что за модель? Что-то не гуглится, можно ссылку?
                                        +1
                                        14x4,7, есть, например на rctimer. Это копия APC 14x4.7
                                        0
                                        Важно отметить, что на таком стенде возможно определить эффективность пропеллеров только в «спокойном» воздухе — т.е. аналогично висению коптера в воздухе без движения. При движении коптера вперед возникают аэродинамические эффекты, которые влияют в том числе и на эффективность. В частности, пропеллеры с профилем APC SlowFly эффективны только на очень малых скоростях — те же Graupner E-Prop используют чуть больше энергии при зависании на месте, но выигрывают при маневрировании и быстром полете.
                                          0
                                          Верно, однако, полеты в сильный ветер и акробатические кульбиты — это не основной режим работы коптера. На деле статическая тяга — это как базовая линия, от которой отталкиваешься. Тяжелые коптеры и коптеры, задача которых летать неспешно и стабильно, в основном и работают на малых скоростях вращения. Для спортивных снарядов мы также замеряем статическую тягу и можем выявить как ВМГ ведет себя на разных оборотах.
                                          На самом деле я еще планирую добавить динамические тесты, которые выявят сильные и слабые стороны регулей и ВМГ в ходе резких ускорений, замедлений и общей экономичности.
                                          В этом деле идеи тоже не помешают — что и как тестировать.
                                            0
                                            Кстати, мы по сути меряем максимальную производительность, при завихрениях она может быть только хуже. Ну а эффективность пропеллеров на разных оборотах сравнить уже можно.
                                      +2
                                      Умничка!
                                        0
                                        Скажите, всю полученную информацию обрабатывает софт на PC? Если так, то вместо дискавери можно применить любой AVR (ADC для V\данные с ACS712 для I\данные с тензометрического датчика) и все это сыпать в виртуальный COM? я не думаю, что ресурсов той же 328 меги будет мало, но при этом паябельность последней лучше чем ARMа. Или выбор дискавери обусловлен «что было под рукой то и вкарячил»?
                                          +2
                                          Нет, часть информации обрабатывается на МК. В принципе, конечно, можно и AVR использовать. Но ADC у AVR похуже (10 бит против 12 у STM32). выбор Discovery был обусловлен тем, что разводить плату под STM32 не было времени да и опыта, до сих пор не сделал плату. А вот выбор платформы STM32 был обусловлен тем, что дальше я планирую на этой платформе другие проекты, а изучать на практике — самый эффективный способ. Вообще это вариант «для себя». если бы я делал на продажу, то девайс был бы с USB интерфейсом, а не UART и нагрузочная ячейка была бы подешевле. Но с USB я пока не разбирался.
                                            0
                                            А какая информация идет на комп?
                                            Если интересно — вот у меня проектик для Ф3-Дискавери, там есть и VCP часть (кажется) и HID часть (точно). Пару дней и ночей убил на погружение в ЮСБ, но этого хватило, чтобы допилить примеры под мою задачу.

                                            А, у тебя VL-Discovery. Тогда USB ой.
                                              0
                                              Поэтому я планирую в окончательной версии стенда F103, а не F100 использовать.
                                              F3 мне вообще непонятна. F4 стоит столько же, но мощнее :)
                                              мне кажется, что для задач, где не требуется огромной числодробительной мощи, достаточно F103, а для мощных вычислений c FPU есть F4.
                                              Для своих проектов нет смысла зоопарк разводить. Я ж не массовые устройства сотнями тысяч клепаю.
                                              F4Discovery есть на полке.
                                          0
                                          1. Я надеюсь, вы проводите испытания не в углу, как показано на первой картинке? Чтобы получить надёжные результаты, нужно чтобы препятствия были удалена как минимум на 3 диаметра, либо нужно экспериментально показать, что влияния нет.

                                          2. Было бы очень интересно, если бы вы сделали какие-то обобщения и выводы, и рассказали о них на Хабре. Тема очень интересная.
                                            0
                                            Не провожу :) Место выбирал, сравнения делал ) Я же говорю, пока настроил провел немало тестов.
                                            К сожалению, всего рассказать не могу — часть информации нужна в коммерческом проекте, но на вопросы отвечу. Если что-то хотите узнать, спрашивайте. На научную работу я не претендую, поэтому никаких обобщений и выводов с разглагольствованиями делать не буду — выборка мала. Вот если найдется достаточно желающих со своими различными ВМГ и я соберу достаточную базу, тогда и буду делать далеко идущие выводы. Сейчас пока мне нужно было подтвердить несколько моих предположений и решить конкретные задачи по подобору ВМГ для проекта. Эти задачи я решил. Попутно вот образовалась возможность поделиться с желающими возможностью построить профили ВМГ.
                                            0
                                            Тест годный для подбора железа с выгодной g/W характеристикой, но хотелось бы учесть падение напряжения на батарее под нагрузкой, в случае более чем одного привода. Как это делает xcopter calc. Т.е. данные, полученные при испытаниях системы (мотор, проп, аккум) не так просто экстраполировать на несколько моторов.

                                            А в общем рецепт для полета в 60м и больше разобран на форумах — меньше вес, низкий kv, больше полюсов, большие пропы, больше напряжение, самодельные аккумы с низким C рейтингом и, как следствие, весом.
                                              0
                                              Рецепты рецептами, а выбор конкретной ВМГ все равно остается делом опытным. Учитывать несколько моторов и не надо — квадрик будет иметь всегда четыре мотора. Каких именно 4 мотора — на этот вопрос и нужно найти ответ. Ясно, что более энергоэффективный мотор для создания той же тяги будет тянуть меньший ток, батарея просядет меньше, соответственно и в количестве 4 штуки он будет выгоднее менее эффективного. Не надо тут никакой мистики и сложности искать :) Вот я и получаю ответ — какая ВМГ будет эффективнее. А дальше уже можно собрать на подходящей ВМГ коптер и замерять реальные полеты. Я не пытаюсь предсказать, сколько точно летать будет, я отвечаю на вопрос — «на чем будет летать дольше» — на этой или вот этой ВМГ.

                                            Only users with full accounts can post comments. Log in, please.