A Brushless Direct Current Motor Controller for Radio Controlled Model Airplanes

摘要

Radio-ohjattavissa lennokeissa on 1990-luvulta alkaen käytetty enenevässä määrin sähkömoottoreita vanhojen polttomoottoreiden sijasta. Sähkön edut ovat kiistattomat: hiljaisempi käyntiääni, olemattomat savu- ja öljypäästöt sekä halpa energia tekevät harrastuksesta huomattavasti mukavampaa sekä harrastajille että ympäristölle.2000-luvulla suosituimmaksi sähkömoottorityypiksi on noussut harjaton tasavirtamoottori, jonka vääntömomentti kokoon nähden on suuri ja hyötysuhde parempi kuin harjallisilla moottoreilla. Moottoria kommutoidaan elektronisesti, joten ohjauselektroniikka on monimutkaisempaa kuin perinteisillä tasavirtamoottoreilla. Toisaalta ohjauksen ajoitusta ym. parametrejä voidaan säätää moottoriin koskematta.Tässä työssä suunnitellun moottorinohjaimen laitteisto kehitettiin laitteen käyttöolosuhteet huomioiden fyysisesti mahdollisimman pieniksi, ja erilaiset vaihtoehtoiset toteutustavat pyrittiin ottamaan huomioon. Käytännössä laitteiston toteutus on hyvin samankaltainen kaikissa lennokkiohjaimissa. Ainoa merkittävästi erilainen ratkaisu tässä työssä oli vaihejännitteiden kaksiportainen skaalaus ohjauksen pulssisuhteen mukaan.Ohjelmisto toteutettiin C-kielellä PIC-mikrokontrollerille. Pääpainotus ohjelman kirjoittamisessa oli sovelluksen mahdollisimman nopea suoritus, jotta moottorin ajoitukset pysyisivät hallinnassa vielä suurillakin kierrosnopeuksilla.Ohjaimen toiminta hiottiin ohjelmistoa parantamalla työn kuluessa kohtalaiseksi: Testimoottorit saatiin pyörimään silmämääräisesti arvioiden melko tasaisesti ja korkeillakin kierroksilla. Lähempi vaihejännitteiden tarkastelu oskilloskoopilla paljasti kuitenkin, että jaksosta jaksoon ajoituksen onnistuminen on vaihtelevaa, mikä laskee hyötysuhdetta.Jatkokehityksessä laitteen toiminnan kannalta ensisijaista on ohjelman suorituksen nopeuttaminen prosessorin tyyppiä vaihtamalla ja keskeytyksiä paremmin hyödyntämällä. Lisäksi tehokytkinten ohjausta tulisi parantaa siten, että laitteen minimikäyttöjännite saataisiin nykyistä alemmas.