کالیبره کردن اسپید کنترل-طرز کار اسپید کنترلر ها


کالیبره کردن اسپید کنترل



در ابتدا تا حدودی به معنی کالییبره می پردازیم :

یکی از اصطلاحات پرکاربرد الکترونیکی کلمه ( کالیبره ) کردن است .

کالیبره کردن یا به اصطلاح (calibration) به معنی تنظیم کردن است . البته صد در صد نمیشه اسمش رو تنظیم گذاشت چون این تنظیم کردن تو جاهای مختلف تفاوت داره .

مثلا وقتی دوربین عکاسی تون رو تنظیم یا فوکوس میکنید تا تصویر واضح بشه شما دوربین رو کالیبره کردین .

مثلا توی روبات تعقیب خط وقتی سنسورهاتون رو میخواید روی زمین و خط سیاه تست کنید چند تا سنسور ممکنه اشتباه بدن ، تو این لحظه شما اون قدر با مقاومت متغیر یا چیز های دیگه تنظیمشون میکنید تا همشون یه خروجی متناسب بدن .

مثلا توی ترازوهای دوکفه ای آزمایشگاهی وقتی روی ترازو چیزی نیست بعضی وقت ها یه مقداری رو نشون میده ( به عنوان خطا ) حالا شما با تنظیم کردن پیچ مخصوص کاری میکنید تا صفر بشه و خطایی نداشته باشه . در مدلهای دیجیتال ترازوی خانگی و یا فروشگاهی با زدن کلیدی تمامی تنظیمات روی صفر قرار میگیره حتی اگه صفحه ترازو 2 کیلو باشه بر مبنای تراز صفر تنظیم میشه .

یا اینکه مثلا وقتی دارید آنتن تلویزیونتون رو میچرخونید تا بهترین تصویر رو بده این خودش یه کالیبریشن به حساب میاد.

همانطور كه در شبيه ساز ما اهرم استيك داريم و اول امولاتور رو كاليبره ميكنيم و بعد از خود نرم افزار تمامي اهرم ها رو كاليبره و شناسايي ميكنيم ،‌در اسپيد كنترل هم اين عمل مخصوصا در بيشتر موارد انجام بايد بشه .در اینجا اسپید کنترل رو بر مبنای موتوری که داریم کالیبره میکنیم که در همان لحظه مشخصات ثابت داره . گرچه ممكنه كه عملا به طور اتوماتيك و ميزان بودن تريم ها و استيك با اسپيد و موتور ما انجام بشه چون به ستاپ اصلي اسپيد كنترل نزديك بوده اما براي دقت و تنظيم بيشتر ميشه اين عمل كاليبره رو انجام داد .

بارها به موتور هايي بر خوردیم كه وقتي اسپيد كنترل رو به موتور وصل ميكنيم توسط اسپيد كنترل شناسايي نميشه و هر چقدر با تراتل هم بازي كنيم هيچ نوع عكس العملي نميبينيم كه تنها راه اين نوع مشكلات همون كاليبره كردن اسپيد كنترله .

كارخانجات سازنده براي تنظيم ستاپ اسپيد كنترل 2 راه پيشنهاد كردند 1- دستگاه الكترونيكي با نمايش دهنده هاي led جهت تنظيمات ستاپ اسپيد كنترل 2- تنظيم كردن اسپيد كنترل از روي ( تن صدا ) صداي بيپ كه به موتور ارسال ميكنه . اين صداي بيپ همان پالسي و تون صدايي هست كه با القاء فركانس به روي سيم پيچ موتور و هسته ي آهنرباي داخلي موتور همانند بلندگو عمل ميكنه .

مورد كاليبره كردن دستي كه توسط راديو انجام ميشه خيلي راحت است .

شما اول راديو رو روشن ميكنيد و اهرم گاز رو تا آخر بالا ميديد . در اينجا بهتره كه تريم گاز در نقطه ي وسط يا صفر قرار بگيره . بعد برق اسپيد كنترل رو وصل ميكنيد .در اينجا فرقي بين اسپيد كنترل مورد استفاده در هواپيما و اسپيد كنترل مورد استفاده در هلي كوپتر نداريم چون در هر مورد ما مي خواهيم راديو را با اسپيد كنترل و موتور ست كنيم .شايد در نظر اول به فكر شما برسد كه خوب اگر ما اهرم گاز( تراتل ) رو تا آخر بالا دهيم پس از وصل كردن باطري ،اسپيد ملخ هواپيما يا هلي كوپتر به سرعت خواهد چرخيد و اين صحنه در لحظه اول در فكر انسان به صورت وحشتناكي جلوه ميكند اما هيچ ناراحت نباشيد چون سازندگان اسپيد كنترل اين سيستم را با برنامه ريزي از پيش تعيين شده توليد كرده اند و همگي يك قانون را رعايت ميكنند .


پس از وصل كردن باطري اسپيد كنترل صداي تنِ بيپ بيپ بيپ يا ملودي مخصوص را خواهيد شنيد كه پس از شنيدن اين صدا شما بايد سريعا اهرم تراتل رو ببنديد و پس از چند ثانيه شما صداي بيپ يا بيپ بيپ بيپ يا ملودي اسپيد كنترل را خواهيد شنيد كه اين همان ( كاليبره ) شناسايي راديو با اسپيد كنترل و موتور شماست .نقطه ي ابتدا و انتهاي حركتي اهرم گاز ( تراتل ) توسط شما به اسپيد كنترل شناسايي شده و اسپيد كنترل آماده استفاده است .

در برخي راديو هاي ارزان قيمت ممكن است اين عمل گاها با مشكل مواجه شده و جوابي از سوي اسپيد كنترل به سمت موتور نداشته باشيم و در نتيجه موتور هم با حركت اهرم تراتل حركتي نخواهد كرد . در اين موارد با تريم گاز گه به صورت عمودي و در موازات اهرم تراتل در روي راديو وجود دارد رو به سمت پايين و يا بالا حركت داده تا از سوي موتور صدايي شنيده شود( مربوط به در صد خطاي ولوم يا پتانسيومتر داخلي تريم ) فرستنده ميباشد .

كاليبره كردن اسپيد گرچه خيلي راحت ميباشد اما موضوع مهمي است كه در بسياري از موارد علاقه مندان به مدل rc به آن هيچ آگاهي ندارند و گاها اسپيد كنترل رو مشكل دار عنوان ميكنند كه پس از رجوع به يكي از دوستان قديمي يا متخصص امر اين مشكل رفع خواهد شد .

اين توضيحات فقط در مورد شناسايي اسپيد كنترل با موتور و راديو بوده و خود اسپيد كنترل هم ستاپ هايي دارد كه در عملكرد نوع استفاده از باطري و نوع فرمان و دستور بر روي موتور كاربرد دارند . در برنامه ي تنظيمي از سوي سازندگان اسپيد كنترل گزينه اي به نام پيش فرض نيز قرار دارد كه تمامي تنظيمات به حالت استاندارد كارخانه قرار گرفته و به حالت اول خود بر ميگردد تا ستاپ ديگري توسط شخص تنظيم شود .اكثر مدلر ها به تنظيمات اسپيد كنترل دست نميزنند چون اطلاعات كافي از عملكرد اين ستاپ ها ندارند.

خصوصیات اسپید کنترلرها


با ورود میکرو کنترلرها به این بخش ، بعضی خصوصیات وامکانات دیگر در اختیار استفاده کننده ها قرار گرفت که بعضی از مهمترین آنها به شرح زیر است.

Battery Eliminator Circuit: این بخش شامل یک رگولاتر ولتاژ است که در درون اسپید کنترلر قرار میگیرد و وظیفه آن تامین ولتاژ گیرنده رادیو کنترل و سروو ها ودیگر قطعات جانبی نظیر دایود های نورانی نصب شده در مدل است. ولتاژ این قسمت در اسپید های مدرنتر بطریق نرم افزاری قابل تغییر است و معمولا محدوده ولتازی بین 5 تا 6 ولت و جریانی حدود 1 امپر را تامین میکند که در اکثر مدل های کوچک و متوسط این محدوده کافی است اما در مدل های بزگتر که سروو های پر مصرف تری را بکار میگیرند این بخش تامین کننده ولتاژ بصورت خارجی و جداگانه در نظر گرفته میشود تا علاوه بر تامین جریان بیشتر از اضافه شدن گرمای حاصله به مجموعه اسپید کنترل ممانعت شود.

Low Battery Protection: این بخش بر ولتاژ باطری اتصال شده به اسپید نظارت دارد و معمولا در اسپید کنترلر هائی که ولتاژ گیرنده رادیو کنترل و سروو ها را تامین میکند فعال است. کم شدن ولتاژ باطری بیش از کمترین ولتاژ کاری گیرنده رادیو کنترل ویا سروو ها میتواند منجر به از دست دادن کنترل مدل وصدمه ویا سقوط آن شود این مدار مطابق یک برنامه قابل تغییر میتواند از نزدیک شدن ولتاژ به محدوده خطر اطلاع پیدا نموده و تدابیری را بکار گیرد. در بیشتر موارد این تدابیر شامل کاهش توان ارسالی به موتور در چند مرحله و در نهایت قطع کامل موتور می باشد.

. برای مثال اگر محدوده پائینی ولتاژ برای بخش های کنترلی 4.8 ولت تعیین شده باشد. با نزدیک شدن ولتاژ به محدوده 5.5 ولت توان موتور به نصف کاهش داده میشود و دور موتور پائین می آید. واگر کار ادامه پیدا کند ولتاژ موتور اصلی بطور کامل قطع میشود. این کار باعث ایجاد یک پیش اخطار به مدلر میشود تا بلافاصله بعد از مشاهده اولین کاهش توان سریعا اقدام به لندیک و یا هدایت مدل به منطقه مطمئن کند. در مرحله بعدی که قطع کامل موتور اتفاق میافتد، اگر چه میتواند منجر به خطر شود ولی عدم قطع گیرنده وسروو ها هنوز امکان هدایت محدودی را در اختیار مدلر خواهد گذاشت. مزیت بعدی این است که عدم کاهش بیش از حد ولتاژ باطری اصلی ف میتواند از خراب شدن آن کاسته و عمر مفید آن را افزایش دهد.

Alternative vontrol : این حالت اجازه کنترل های غیر متعارف را میدهد. برای مثال میزان خروجی ولتاژ به موتور، بطور خطی با وضعیت استیک ها ارتباط دارد .وقتی استیک در وسط قرار دارد به این معنا خواهد بود که 50 درصد ولتاژ کاری موتور از طریق اسپید تامین شده است. اما با قعال بودن این بخش میتوان حالت های مطمئن در راه اندازی موتور را در اختیار داشت. برای مثال دور گرفتن پروانه یک هلیکوپتر مدل ،زمانی را نیازمند است تا از دور صفر به دور مطلوب برسد.اگر استیک با سرعت بطرف وسط کشیده شود باعث تحت فشار قرار گرفتن موتور وتحمل جریان زیاد آن خواهد شد. بخش هائی مانند SAFE START این وظیفه را بعهده میگیرند و با فعال شدن این دستور ، جدا از وضعیت استیک موتور را به ارامی از حالت سکون به دور پایه میرساند.

POWER-UP ARMING: این بخش در زمان استارت و وصل باطری مدل ، وضعیت استیک تراتل را چک میکند و در صورتیکه استیک در حالت پائین قرار نداشت از ارسال ولتاژ بطرف موتور خودداری میکند. وقتی که استیک بطرف موقعیت صفر برگشت داده شود این بخش آن را اشکار کرده و به وضعیت . اسپید کنترل ها بسیار متنوعند و بعضی از آنها فانکشن های مفیدی را نیز ارائه میدهند .


سیستم کنترل سرعت (ESC)



یکی از پرکاربردترین وسائل در انجام انواع پروژه های هوافضا سیستم کنترل سرعت (ESC) می باشد. این سیستم که در هواپیماهای مدل پروازی، هلیکوپترها، هاورکرافت، قایق و ... که برای سرگرمی و به صورت پروژه ی خانگی ساخته می شوند، کاربرد دارد

به صورت کلی در هر جایی که از گروه موتورهای براش لس و سیستم رادیوکنترل استفاده شود باید از این سامانه استفاده کرد تا بتوان سرعت موتور را کنترل کرد.

ESC که مخفف electronic speed control می باشد، از گیرنده ی رادیوکنترل پالس ها را دریافت می کند و با توجه به کد مربوطه میزان جریان خروجی که به موتور می رود و در نهایت دور موتور (RPM) را کنترل می کند. اسپید کنترل بر حسب اندازه و طول پالس ها کار می کند و به همین دلیل آن را (PWM) می نامند، که مخفف Pulse Width Modulation به معنای مدلاسیون پهنای باندهاست.

اکثر ESC های جدید توانایی کنترل و مدیریت جریان باتری ها (BEC) را نیز دارند به طوری که دیگر نیاز نیست تا به گیرنده باتری دیگری برای تامین برق گیرنده و سرورها وصل شود و خود ESC می تواند این کار را انجام دهد و کافی است تا باتری به ESC وصل شود و آن نیز به گیرنده متصل گردد. سیستم power cut-off نیز در ESC ها وجود دارد که به معنای آن است که اگر ولتاژ از حد خاصی کمتر شد گاز موتور را قطع می کند تا دیگر به باتری آسیب نرسد. زیرا باتری های Li-Po بسیار به افت ولتاژ حساس هستند و اصولا با این اتفاق کارایی خود را از دست می دهند.

اسپید کنترل ها از سامانه های مختلفی برای امنیت بیشتر پرواز یا افزایش قابلیت هایشان بهره می برند که بسته به مدل و شرکت سازنده متفاوتند. طبیعتاً این قابلیت ها در اطلاعاتشان ثبت شده و اختلاف قیمتی آن ها به همین دلیل است. ESC برای موتورهای brushless و brushed با هم متفاوت است که تشخیص آن ها راحت است. چون با دیدن تعداد سیم خروجی موتور در اسپیدکنترل می توان متوجه تک فاز یا سه فاز بودن آن شد. در نهایت باید گفت که انتخاب ESC مناسب برای وسیله ی شما به میزان جریانی که موتور شما می کشد، انتظارات شما از سیستم های مختلف ESC، وزن حداقلی و بودجه ی شما بستگی دارد.


تاریخچه

اسپید کنترلر های اولیه که در ارتباط با رادیو کنترل طراحی شدند دارای ساختمانی بسیار ساده بودند که کار تغییرات دور موتور را به ساده ترین شکل انجام میدادند. این کاربوسیله سری کردن یک مقاومت متغیر در مسیر موتور انجام میگرفت. در واقع بخش اسپید کنترلر شامل یک سروو بود که به کانال تراتل وصل میگردید ، بازوی سروو اهرم یک سوئیچ چند حالته را بر روی یک برد الکترونیکی کوچک حرکت میداد. این سوپیچ همانند عقربه های ساعت در حین حرکت باعث اتصال محور وسط با کنتاکت های پیرامونی میشد وبا هر اتصال باعث میگشت که مقدار مقاومت سری با موتور کاهش پیدا کرده وافزایش دور موتور را ایجاد کند. توان مقاومت ها با هم فرق داشت و توان مقاومت R3 بیش از توان 2 مقاومت دیگر بود چرا که باید جریان بیشتری را در زمانی که به تنهائی با موتور سری می شد را تحمل میکرد. در حالت اجرائی تعداد این کنتاکت ها بیش از 3 یا 4 کنتاکت مستقل در محدوده گردش سروو را شامل نمیشد ، چرا که لزوم تفکیک کنتاکت ها از همدیگر و جریان زیاد عبوری اجازه نصب تعداد بیشتری کنتاکت را نمی داد. این نوع اسپید کنترلر پیشرفت هائی نیز داشتند که شامل یکپارچه شدن بخش سروو و برد کنتاکت ها بود.



این شیوه علاوه بر مشکلات تکنیکی و ضریب بهره پائین یک مشکل عمده داشت و آن این بود که تغییرات دور و قدرت موتور به چند حالت محدود میشد .به عبارت دیگر 3 یا 4 حالت برای دور موتور در اختیار استفاده کننده قرار میگرفت و حالت های بین آنها را شامل نمیشد. مقدار توان تلف شده در چنین مداری مشکلات بسیاری را ایجاد میکرد و عملا استفاده از اینگونه مدارها برای موتورهائی با قدرت بالاتر امکانپذیر نبود.

با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک ، قطعاتی با کارائی بهتر و همچنین کوچکتر و ارزانتر ، در اختیار طراحان قرار گرفت واسپید کنترلر های اولیه نیز از تغییرات بهره بردند. اولین بخش ها که تغییر پیدا کردند بخش های مکانیکی بود. کلید گردان جای خود را به یک ترانزیستور قدرت داد که وظیفه کنترل جریان را همانند یک مقاومت سری با موتور بعهده گرفت. فرق اساسی ایحاد شده این بود که با این روش کنترل جریان موتور بود که بصورت خطی تغییر میکرد و حالت های پرشی طرح قبل را نداشت ، اما مسائلی مانند تلفات بیش از حد همچنان خود نمائی میکرد. ( شکل C ) در این شکل تغییر مقاومت متغییرR2 که محور آن توسط سروو تغییر میکند باعث تغییرات خروجی ترانزیستور دارلینگتون قدرت و در نتیجه سرعت موتور میشود.

یکی دیگر از مشکلاتی که اینگونه اسپید کنترلر ها داشتند آن بود که جریان موتور فقط در یک جهت قابل کنترل بوده وامکان تعویض قطبین موتور وجود نداشت، این اشکال، استفاده از این شیوه را در کنترل بعضی موتورها مانند ماشین مدل محدود میکرد و امکان حرکت عکس را نمی داد. در پیشرفت های بعدی که در این زمینه حاصل شد آی سی های بخصوصی ساخته و مورد استفاده قرار گرفت . اولین نمونه که بسیار عمومی شد و بیش از همه مورد استفاده قرار گرفت آی سی ZN419 از کمپانی Ferranti بود . این آی سی با اینکه محدوده اختیارات زیادی را برای طراحان ایجاد نمیکرد اما بواسطه یک پارچه نمودن بعضی از بخش ها جایگاه مناسبی را بدست آورد و برای مدت ها مورد استفاده وسیع قرار گرفت.

با پیشرفت بیشتر تکنولوژی استفاده از میکرو پرسسورها در ساخت اینگونه مدارها امکانپذیر شد . با ورود این تکنولوژی دریچه تازه ای بر روی طراحان باز شد و آن امکان اصلاحات نرم افزاری بر عملکرد سیستم بود که در طراحی های قبلی امکانپذیر نبود. نحوه ارتباط سیگنالی که گیرنده از قرستنده دریافت میکند به بخش هائی تقسیم میشود که هرکدام در یک دسته و یا قاب جداگانه ارسال میگردد. به این معنا که تغییرات و وضیعبت هر کدام از کلید ها و استیک ها در یک پروسه زمانی تعیین شده و در یک جدول دسته بندی شده واز طریق آنتن ارسال میشود .این وضعیت در هر ثانیه چندین بار تکرار میشود . پس هر بار یک جدول ویا فریم ارسال میشود که شامل اطلاعات آخرین تغییرات در استیک ها و کلید هاست. به یک دسته اطلاعات مستقل و واحد Frame گفته میشود و تعداد تکرار آنها در ثانیه نرخ تبادل نامیده میشود.Frame Rate

یکی از موانع قبل از حضور میکروپرسسورها این بود که نرخ تبادل ارتباطی و نرخ فرکانس کنترلی موتور کنترلر یکی بود .به این معنا که سرعت اصلاحات انجام شده برای دور موتور نمی توانست از نرخ اصلاحات ارسال شده بیشتر یا کمتر گردد .در واقع این لینکی بود که اسپید کنترل و دیگر قطعات مانند سرووها را به نرخ تبادل محدود میکرد. حضور میکرو پرسسورها و بخش نرم نرم افزاری باعث بریده شدن این ارتباط شد و نرخ تغییرات فرکانسی بخشی مانند اسپید کنترل مستقل از نرخ فرکانس دریافتی گردید. در مورد اسپید کنترل ها عموما با دو واژه فرکانس بالا یا پائین روبرو میشویم .Low frequency & High frequency .

جریان و ولتاژ موتور و سرعت



می دانیم که هر موتور با ولتاژ و جریان معینی کار میکند . مقدار نهائی ولتاژ و جریان بسته به نوع موتورو سیم پیچی آن متغیر است. توانی وتعداد دوری که موتور در اختیار قرار میدهد با تغییرات ولتاژ و کنترل جریان قابل تغییر است.

ساده ترین راه برای تغییر دور یک موتور جریان مستقیم ، سری کردن یک مقاومت خارجی جهت محدود کردن جریان عبوری از آن است . این تکنیک گذشته از مشکلات و تلفات هدر رفته در مقاومت خارجی ، یک تکنیک کارا خصوصا برای موتورهائی کوچک و با توان کم است. اشکار است که استفاده از این تکنیک جهت موتورهائی با قدرت بالاتر میتواند بسیار مشکل ساز بوده و ضریب بهره را کاهش دهد. همچنین نگهداری موتور در یک سرعت یا توان معین نیز از عهده چنین مداری بر نمی آمد . از طرف دیگر میشود یک موتور جریان مستقیم را با اعمال یک ولتاژ بالاتر وادار نمود که در دور بالاتر وتوان بیشتری کار کند اما این کار عمر مفید موتور را کاهش خواهد داد . بدیهی بود به تکنیک های بهتر برای کنترل دقیقتر نیاز است.

تکنیک سوئیچنگ کنترل:



این تکنیک یکی از تکنیک های فراگیر و عمومی شده جهت تغییر دادن سرعت موتور است . فرض کنید که یک موتور 12 ولتی از طریق یک سوئیچ پر سرعت به منبع تغذیه 12 ولت وصل است . اگر این سوئیچ به شیوه ای با سرعت زیاد قطع و وصل شود بطوریکه نیمی از زمان را خاموش بوده ونیم باقیمانده را روشن باشد به این مفهوم خواهد بود که تنها نیمی از ولتاژ منبع به موتور رسیده است . موتور مزبور در این حالت رفتاری مشابه با اتصال به منبعی با ولتاژ 6 ولت را از خود نشان خواهد داد و در دور وتوان این ولتاژ به کار ادامه خواهد داد.

یک نکته



وقتی که موتور در حال گردش است و در همین زمان ولتاژ آن از طریق اسپید کنترل قطع میشود ، به معنای آن نخواهد بود که موتور بلافاصله می ایستد ، حرکت موتور همزمان اتفاق نمی افتد و بسته به انرژی ذخیره شده در گردش روتور ویا محورها و بخش های اتصال به آن نظیر ملخ ها میتواند به گردش خود ادامه دهد. در این زمان موتور نظیر یک ژنراتور عمل کرده و ولتاژی را به مدار برمیگرداند. این ولتاژ با جهت عکس میتواند به خروجی اسپید صدمه زده وباعث ایجاد جریان های ناخواسته گردد. معمولا برای رفع این مشکل یک دایود موازی با خروجی اسپید بطرف موتور وصل میگردد.. این دایوددرمسیر معمولی خروجی از طرف اسپید خللی ایجاد نمیکند اما برای مسیر برگشتی از طرف موتور حالت اتصال کوتاه داشته و جریان خارج شده از موتور را در خود تلف میکند. اسپید کنترلرهای مرغوب این دایود را در داخل خود دارند اما بهترین کار آن است که دایود مستقیما بر روی ترمینال موتور قرار گیرد تا کمترین مسیر در اختیار جریان ناخواسته باشد.