Auteur Sujet: Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls  (Lu 3644 fois)

simontpellier

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Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« le: mai 01, 2021, 07:56:35 pm »
Bonsoir,

deux ans (déjà!) de découverte et initiation et me voilà devant une difficulté redoutée : l'asservissement de la vitesse.
Pourtant indispensable car la conduite par la PWM c'est vraiment pas ça pour des ralentis ou des arrêts maîtrisés, trop de paramètres bougent, décidément impossibles à encoder en dur.

Le vrai problème, pour moi, c'est d'être sérieusement/gravement crasse pour tout ce qui touche à l'électronique/la théorie des moteurs, respectivement.
Impossible malgré du temps passé dessus de comprendre les schémas proposés par Jean-Luc dans le fil "un arduino par canton" ; j'ai renoncé à m'y frotter. J'aurais donc bien besoin d'un coup de main pour aboutir, quand-même, alors voilà où j'en suis.

A partir de cette page http://www.train35.fr/commande_moteur.html
et par tâtonnements j'ai pu arriver à ce montage, qui à l'air de marcher bien qu'on dise que "ce qui est trop simple ne peux pas marcher" (et ce qui est trop compliqué ne marche jamais)
voilà le schéma :


LA question est : est-ce que c'est viable ??
ensuite il y a d'autres question de détails, mais importants, est-ce que par exemple le Nano est protégé contre des risques imprévus ? Le calage un peu au pif du pont diviseur permet de ne pas dépasser 2.5V sur l'entrée analogique ce qui laisse une bonne plage de valeurs pour les calculs de correction mais est-ce que une zener par exemple ? ou un optocoupleur ?

Il est possible que l'expérience intéresse d'autres que moi ? je joins deux sketchs, le premier qui permet de tester la FCEM mesurée en fonction de la PWM appliquée à la motrice, le second qui à l'inverse conduit celle-ci par une consigne de FCEM et ajuste la PWM en conséquence.
(précision : je dois à Jean-Luc les variables de temps et la logique de filtrage des valeurs mesurées, merci à lui car c'est beaucoup de temps de gagné et surtout quelque chose que sans oscillo je n'aurais probablement pas pu déterminer)

Je me languis de vos conseils, avant de me lancer à passer de la paillasse à la planche !
bien cordialement, merci par avance

msport

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #1 le: mai 01, 2021, 09:33:45 pm »
Bonsoir,

pour ma part, je ne vois pas de problème.
L'entrée A0 va toujours mesurer une tension positive quelque soit le sens de la tension appliquée au moteur et le pont de résistance la protège (~2V maxi)
Reste à vérifier qu'en fonction de la fréquence du PWM adoptée, la rapidité de la conversion A/D (et du traitement qui suit), permet de lire la FCEM que le moteur délivre entre deux impulsions de tension fournies par le L298. Mais j'imagine que cela a été pris en compte.

Un petit test à faire : un moteur bloqué (pas trop longtemps, je n'assume aucune responsabilité)
Je suis branché DCC mais j'ai quelques locos qui aimeraient pouvoir sortir elles aussi.
Cordialement

Jean-Luc

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #2 le: mai 02, 2021, 09:00:49 am »
Bonjour,

La grosse différence, au sens physique, est que dans le schéma que j'utilise la FCEM ne produit presque pas de courant (résistance de 100kΩ) et la tension reste aussi stable que possible pendant les mesures.

Ici elle dissipe dans 1,22 kΩ. Et donc cette charge va contribuer à ralentir la loco pendant la mesure. Je ne sais pas si ça peut poser un problème.

La seconde différence est que lorsque la FCEM est inférieure au seuil de la diode, elle devient nulle du point de vue de la mesure. J'ai peur que le système ne soit pas capable de faire un ralenti très bas. En fait la FCEM étant proportionnelle à la vitesse de la locomotive et étant d'environ 10V au max sur une locomotive H0 (cas le plus favorable), est-ce que la FCEM d'une locomotive qui marche au pas est vue ? En N ?

Il faut essayer. Pour protéger l'entrée analogique, tu peux mettre une diode schottky entre A0 et 5V de manière à ce que si la tension sur A0 dépasse 5V + seuil, ça part dans l'alimentation au lieu de casser l'entrée A0.
Cordialement

simontpellier

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #3 le: mai 02, 2021, 06:09:19 pm »
Bonjour,
Merci pour vos réponses ! C'est très stimulant, par les questions que ça ouvre et parce que je ne suis donc pas engagé dans une impasse.
Elles pointent aussi le fait que tout est dans tout ! Et c'est vrai qu'il y a loin entre des essais avec une loco sur banc (d'autant que dans mon cas, c'est indécent j'en rougis, banc veut dire loco sur le toit roues en l'air avec deux pins Dupont qui les lui chatouillent) et une loco au pas sur ses rails.

Point par point, je me permets de nouvelles questions/remarques sur vos observations.

Citer
MSPORT - Reste à vérifier qu'en fonction de la fréquence PWM adoptée, la rapidité de la conversion A/D (...) Mais j'imagine que cela a été pris en compte.

Eh bien non ! et j'avoue même car c'est grave que ça ne m'avait même pas effleuré !
Mais juste pour ceux qui n'auraient pas acheté ma précédente aventure, co-éditée avec Trimarco, je précise que j'ai refilé au CPU le soin de fabriquer sur mesure mes PWM (nativement synchrones donc... on partait d'un sujet sur ce problème) et à la fréquence très étonnante de 40Hz, optimum vérifié et revérifié. Cad 10 à 20 fois plus faibles que les PWM hardware... elles même encore au moins 10 fois trop faible par rapport à ce qui est universellement préconisé (il y a la un grand mystère que j'aimerais beaucoup qu'on m'aide à lever... il n'est pas possible qu'on parle de la même chose !)
Donc, partant d'essais OK faits avec des PWM à 490Hz, je ne redoute pas la transposition sur des ponts travaillant à priori sous 40Hz.

Citer
MSPORT - Un petit test à faire : un moteur bloqué (pas trop longtemps, je n'assume aucune responsabilité)

Le moteur avait déjà survécu au jeu du foulard, je ne chercherai donc pas de tiers responsable. Le but était de tester le coef de l'intégrale mais je crois que vous pensiez à autre chose ?

Citer
Jean-Luc - La grosse différence, au sens physique, est que dans le schéma que j'utilise la FCEM ne produit presque pas de courant (résistance de 100kΩ) et la tension reste aussi stable que possible pendant les mesures

Oui, gros souci. Ce qui est à redouter dans les résultats de l'expérimentation en réel, c'est une différence, à l'arrivée (des signaux tension reçus) suivant les sections électriques du fait de... contacts plus ou moins francs, incidence des longueurs de fils, différence de potentiel entre masses, parasitages etc... et pour en effacer le plus possible j'avais visé un courant relativement élevé (mauvais raisonnement?). Mais je peux facilement si vous le conseillez modifier le pont diviseur pour abaisser le courant sans modifier le ratio diviseur, cad la tension récupérée ?
(Pensez vous que pour le meilleur compromis pour la justesse des mesure soit de faire les relevés aux points d'alimentation rails ou plutôt sur les bornes des boosters ?)

Citer
Jean-Luc - Ici elle dissipe dans 1,22 kΩ. Et donc cette charge va contribuer à ralentir la loco pendant la mesure. Je ne sais pas si ça peut poser un problème

Je ne crois pas, parce qu'on parle de 400 micro-secondes et 4% du temps total ce qui rend déjà le ralentissement imperceptible et que si on parle de la marche "visible", sous 12V mes locos (N) vont toutes tellement trop vite qu'elles subissent un paramètre de bridage PWM individualisé. Il y en a donc sous le pied. Elles supporteraient d'ailleurs aussi d'être alimentées sous un peu plus que 12V, je ne pense donc pas qu'il puisse y avoir un problème.

Citer
Jean-Luc - La seconde différence est que lorsque la FCEM est inférieure au seuil de la diode, elle devient nulle du point de vue de la mesure. J'ai peur que le système ne soit pas capable de faire un ralenti très bas

Alors ça c'est ennuyeux ! d'autant que ça n'est pas une mais deux diodes que le courant de FCEM doit vaincre successivement n'est ce pas ? Pour le ralenti au pas, ou même "petit footing" qui m'aurait bien convenu, j'ai peur que ça soit cuit et que les essais le confirment. Mais il y a une parade car le pont de diode est facultatif, il a pour intérêt essentiel de n'avoir plus besoin que d'une pin quelque soit le sens de marche. La décision sera facile à prendre. D'autant qu'un réseau c'est, quoi?, au minimum 20 sections électriques et qu'il faudra de toutes façons multiplexer les entrées. (à moins que ça ne soit une nouvelle source de perturbation de la mesure ? à priori je ne pense pas)

Citer
Jean-Luc - Pour protéger l'entrée analogique, tu peux mettre une diode schottky entre A0 et 5V de manière à ce que si la tension sur A0 dépasse 5V + seuil, ça part dans l'alimentation au lieu de casser l'entrée A0

Ne pouvant être complètement rassuré sur le fait que ça n'arrive pas, c'est donc ce que je vais faire, je découvre, merci pour le conseil.
« Modifié: mai 02, 2021, 06:37:36 pm par simontpellier »

msport

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Re : Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #4 le: mai 02, 2021, 08:24:51 pm »
Bonjour,
Merci pour vos réponses !
Citer
MSPORT - Reste à vérifier qu'en fonction de la fréquence PWM adoptée, la rapidité de la conversion A/D (...) Mais j'imagine que cela a été pris en compte.

à la fréquence ... de 40Hz,  on a donc le temps

Citer
MSPORT - Un petit test à faire : un moteur bloqué (pas trop longtemps, je n'assume aucune responsabilité)

 vous pensiez à autre chose ?


Oui, si le moteur est bloqué, il ne présente pas de FCEM, on doit mesurer 0.

Cordialement

Jean-Luc

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #5 le: mai 03, 2021, 08:32:27 am »
  • L'utilisation de diodes est là pour compenser l'inversion de marche du pont en H. Pour ne pas utiliser de diodes, il faut utiliser un relai (en analogique le pont en H n'est pas utile car l'inversion de marche ne se produit pas à chaque cycle de la PWM) ;
  • Les résistances de charge sont là pour ramener la FCEM entre 0 et 5V. Pour ne pas avoir ces résistances, il faut un ampli OP.

Une fois réglé ces deux problèmes, tu retombes sur le schéma que j'utilise :)

Je ne comprends pas le choix d'une fréquence de 40Hz
« Modifié: mai 03, 2021, 09:26:16 am par Jean-Luc »
Cordialement

simontpellier

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #6 le: mai 03, 2021, 02:20:36 pm »
Bonjour,

pour répondre à msport :
vitesse moteur 0 => FCEM=0, oui, mais vitesse 0 MOTEUR BLOQUE et FCEM=0... je n'ai pas fait attention et je ne me souviens pas ; je ferai le test car j'ai l'impression que si ça n'est pas le cas ça invaliderait toute autre mesure, c'est bien ça ?

et à Jean-Luc :
Le pont de diode est une évolution en cours d'essais ; précédemment OUT1 était lu sur A0 et OUT sur A1 (un "if" dans le code lisant la bonne pin, fonction de la (*)polarisation). Petit inconvénient, il faut 2x plus de fils et pins mais gros avantage : aucun seuil.
(*) Le pont H vient du choix de départ de n'employer aucun relai... mauvais vécu professionnel

Le pont de résistances : faute de compétences pour mettre en œuvre ton principe, je peux au moins les recalibrer si nécessaire pour diminuer le puissance consommée. Les essais in-vivo vont me renseigner.

Citer
Je ne comprends pas le choix d'une fréquence de 40Hz
mais moi pas vraiment ! elle provient historiquement de l'idée de tester un pca9685 et ses 16 PWM pour régler par la bande le problème du non synchronisme des timers Arduino.

Or ces modules produisent des PWM 60Hz... et ça a parfaitement fonctionné, je n'ai pas été chercher plus loin. Jusqu'à, sans refaire toute l'histoire, que je découvre qu'à 40Hz les locos "respiraient" mieux, meilleurs ralentis, plus rapides à PWM égale. Peu importe, 60Hz ou 40Hz la question est la même : comment est-il possible que ça fonctionne alors que "quelques dizaines de kHz" sont recommandées... (???)

Jean-Luc

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #7 le: mai 03, 2021, 02:24:24 pm »
Aucune raison que ça ne fonctionne pas. Mais il y a un prix à payer. Voir ici : http://modelleisenbahn.triskell.org/spip.php?article44

À 40Hz le moteur chauffe. Si les aimants sont au néodyme, ça peut provoquer une désaimantation (vers 80°) et donc une destruction du moteur.

D'où la recommandation d'une fréquence de PWM élevée.

Note que le L298 a une fréquence max de 20kHz de mémoire.
« Modifié: mai 03, 2021, 02:27:25 pm par Jean-Luc »
Cordialement

Jean-Luc

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Re : Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #8 le: mai 04, 2021, 09:05:31 am »
vitesse moteur 0 => FCEM=0, oui, mais vitesse 0 MOTEUR BLOQUE et FCEM=0... je n'ai pas fait attention et je ne me souviens pas ; je ferai le test car j'ai l'impression que si ça n'est pas le cas ça invaliderait toute autre mesure, c'est bien ça ?

Si le moteur est bloqué, la FCEM est à 0.

Citer
Le pont de diode est une évolution en cours d'essais ; précédemment OUT1 était lu sur A0 et OUT sur A1 (un "if" dans le code lisant la bonne pin, fonction de la (*)polarisation). Petit inconvénient, il faut 2x plus de fils et pins mais gros avantage : aucun seuil.

C'est sans doute mieux

Citer
(*) Le pont H vient du choix de départ de n'employer aucun relai... mauvais vécu professionnel

Vu que les relais commutent quand on inverse la marche, ça ne devrait pas trop les stresser :)
Cordialement

simontpellier

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #9 le: mai 04, 2021, 08:11:10 pm »
Bonsoir,

Très content, ça se présente très bien.
D'abord, moteur bloqué ça fait bien FCEM zéro. C'était facile à vérifier puisqu'il pouvait y avoir un petit doute.

Mais surtout : le pont de diode est coulant. Sur un essai très basique certes, une seule loco, uniquement de la mesure (pas de rétro-action), FCEM prise directement sur un pont, la fourchette de valeurs est  plus favorable qu'espéré : +/-500 (sur 1023) à 200kmh vitesse vraie rapportée à l'échelle, +/- 20, assez constant, à 15kmh, ce qui laisse une bonne latitude de régulation. L'allure footing (soutenu!) doit être possible, faut-il qu'à basse vitesse la régulation ne pompe pas.

L'alternative avec deux lectures analogiques, je testerai sérieusement ; je suis bien d'accord que
Citer
C'est sans doute mieux
En attendant, 15kmh ça me semble déjà un ralenti impressionnant ? Est-ce au dessus de ce qui est couramment obtenu ?

Grosse campagne d'essais en perspective pour optimiser tout ça. Et d'abord, chic, du tricotage au plafond, entre deux tréteaux de 75cm.

Pour ce qui est de modelleisenbahn, je connais... quasiment depuis que je suis venu au monde (le monde arduino !) et les "quelques dizaines de kHz" c'était précisément une citation !
(Apparemment mes aimants ne sont pas néodyme !)

Et concernant ces relais qui ne devraient pas trop stresser, je ne dirai pas le contraire mais la question n'est pas celle là... c'est celle de MON stress  ;) !

Merci pour tous ces retours.
Cordialement


« Modifié: mai 04, 2021, 08:29:01 pm par simontpellier »

Dominique

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #10 le: mai 06, 2021, 10:31:34 am »
Avec le DCC dont les crans vont de 1 à 126, il est courant de faire avancer une loco au cran 1 : elle avance très très lentement
A 15 km/h à l'échelle, je trouve que ça va encore trop vite dans les entrées en gare.
L'idéal est de réaliser des ralentissements très progressifs jusqu'à l'arrêt complet.
Cordialement,
Dominique

Jean-Luc

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #11 le: mai 06, 2021, 02:12:45 pm »
Voilà ce que ça donne chez moi :

https://www.locoduino.org/pic/ralenti.m4v
Cordialement

simontpellier

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #12 le: mai 06, 2021, 06:00:45 pm »
Citer
Jean_Luc - Voilà ce que ça donne chez moi :
C'est magnifique ! Et je devine que ni 5 ni 10 wagons derrière ne changeraient le résultat. Pas possible sans un asservissement n'est ce pas ?
Merci pour vos deux réponses, je me demandais où placer la barre.

Mais si je calcule : 15kmh, à l'échelle ça fait 2.5 cm seconde. Or si tes coupons sont comme il semble des coupons de 10cm, ça correspond au +/- 4 secondes par coupon ?

Car les 15kmh je pense que ça sera possible (sans pont de diode qui bouffe la plage de basses vitesse, ça c'est confirmé) mais moins que 15kmh... je suis à peu près certain que je ne pourrai pas : en dessous plus rien ne sort du moteur, sinon par bouffées entre deux hoquets (je parle toujours d'un mode "mesure" sans bouclage d'asservissement).

Et cette vidéo, c'est à quelle fréquence de PWM ??? car j'ai - vraiment - de plus en plus besoin de comprendre.
En effet, après ce n'ième rappel sur les "bonnes ondes" et un peu penaud d'avoir tant insisté sur mes 40Hz, je me suis vu reparti à refaire quelques essais "à la base", avec une PWM native de MEGA2560 (la 5 pour tout dire). Et si je suis incapable de refaire la théorie, je peux au moins rapporter les faits :

- aux paramètres par défaut : constat immédiat d'un retard à l'allumage rédhibitoire, assorti évidemment de l'impossibilité de "vrais" ralentis. Par exemple : là où je paramètre les PWM de "décollage" sur 50, en moyenne (selon la loco... puis variable selon son humeur, ce qu'elle tire, si elle démarre en courbe ou non, la direction du vent etc), c'est vers PMW 100 qu'elle se décidait à démarrer ("bondir" serait plus exact), feux prés-allumés pendant les longues secondes de la montée des crans de la programmation habituelle pour un démarrage progressif. Et je parle d'ampoules bulbe, pas de LEDs, ce qui donne idée du courant de court-circuit. Si ça ça ne fait pas chauffer le néodyme !!

- Alors qu'en ajoutant juste : TCCR3B = TCCR3B & B11111000 | B00000101; pour une PWM à 30Hz, je reviens immédiatement à la souplesse de mes 40Hz maison.


Le cran 1 du DCC me laisse dont admiratif et rêveur.
Mais le DCC c'est comme un univers parallèle pour moi. Sauf que dans ce cas je ne doute pas (vraiment) que ça existe, alors j'ai deux questions pour Dominique :

- cran 1 (sur 128), cad correspondant à une PWM de 2 ?? (sur 255 donc). Avec un moteur supraconducteur sur paliers fluides ?? En tous cas avec une mécanique top forme sinon c'est pas possible !! (et sans rien à tracter ? car j'ai lu et je veux bien le croire qu'on ne peut pas embarquer l'asservissement dans une loco DCC mais c'est peut-être faux)

- et donc cran1 : véritable cran1 ou est-ce le cran 1 après un talon ? (l'équivalent de ma PWM de décollage)




« Modifié: mai 06, 2021, 06:07:54 pm par simontpellier »

trimarco232

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Re : Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #13 le: mai 06, 2021, 07:44:36 pm »
Pas possible sans un asservissement n'est ce pas ?
pas nécessairement ; j'avais il y a longtemps fait une alim pwm (avec lm339) qui dans les valeurs les + basses basculait de 12 vers 18v ; l'engin était un x2800 roco ; on ne le voyait pas avancer : pour se rendre compte du mouvement, il fallait retirer la caisse pour voir tourner le rotor très lentement (~3 secondes par tour) !
je ne me souviens plus de la fréquence pwm utilisée ...

simontpellier

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Re : Asservissement de vitesse pour les (trains des) nuls
« Réponse #14 le: mai 06, 2021, 07:50:21 pm »
oh ! l'idée du 18V, c'est pas mal non plus !

Mais je revenais pour une correction. Car après avoir mieux regardé la vidéo, et jusqu'à la fin (avec la ligne droite), ça fait pas plus que +/- du 5kmh !!! Eh bé !