Turbo pwm esc: the truth behind

[cak-opiq]

Drpd tak pakai sendiri, tulisan berikut sy dedikasikan kepada yg nubie dgn pengetahuan minim seperti ane. Nuwun sewu, permisi yah para suhu...

sbgmn diketahui PWM outputnya receiver berbeda dgn PWM yg ada didalam ESC. Jd ini mau ngarsip bagaimana sinyal PWM outputnya receiver pada masing" channel. Smoga nanti ketemu bacaan yg enak untuk PWM didalam ESC untuk membuat output untuk menggerakkan DC brushless motor.
Biar informasi ini juga bisa dinikmati oleh pemula dan dikoreksi oleh para suhu berikut keterangannya:
- Fungsi sinyal ini adalah bisa dipakai untuk merepresentasikan bilangan pecahan. Chonto saja prosentase yg bergerak dari 0-100%.
- bilangan pecahan tsb bisa diterjemah lagi ke bentuk" gerakan servo atau jika ke ESC menjadi torsi motor. Torsi ini yg kemudian di konversi oleh propeller menjadi thrust.
- Pulse Width Modulation menganut ketetapan bahwa frequensi signal yg keluar adalah tetap lbh jelas lagi: periode signalnya tetap. Yang dimodulasi adalah lebar pulsanya. Output untuk servo katanya statistik enak menggunakan perioda 20ms. tidak harus 20ms tapinya..
berikut penampakan bentuk signal dibanding rotasi yg diharapkan ketika diaplikasikan kepada servo.



Mengacu pada RC plane ada rudder (belok kiri-kanan), elevator (naik-turun), aeleron (miring kiri-kanan) dan trottel (kecepatan maju). Di quadcopter kemungkinan beda misalnya trottel umumnya digunakan untuk naik/turun dst.
Masing masing tersebut akan diwakili oleh signal PWM masing-masing. Salah satu teknik membawa signal PWM tersebut kesebuah sinyal pada transmitter adalah dengan signal PPM [Pulse position], jadi PPM adalah kumpulan signal PWM yg dijadikan satu untuk dikirimkan ke receiver, untuk dibongkar kembali menjadi signal PWM masing-masing chanel dari output receiver.

Flight controller pada multicopter mendapat input dari receiver, mengkalkulasi semua input tersebut untuk kemudian diterjemah menjadi bbrp output PWM. Yakni: pada quadcopter menjadi 4 signal PWM menuju 4 ESC, menjadi 6 bila hexacopter, 8 bila octocopter dst. [ini bener ngak yah.. blm punya barangnya euy... ]

Selanjutnya masing" signal PWM yang diterima oleh ESC akan di ubah menjadi signal output untuk DC motor brushless.. Sinyal output tsb dibentuk oleh sinyal PWM yg dibuat dan dimanage sendiri didalam ESC. lah PWM yg untuk menggerakkan DC motor brushless ini yg seru.. soalnya ane juga belom mudeng-mudeng..

[BZ123456]

Cak opiq: kalo pada esc biasa pwm di set hanya sampe 50 Hz sedangkan pada turbo/speed pwm di set sampai 400 Hz. Apakah ini yang dimaksud dengan frekuensi pwm pada gambar skematik cak opiq atau yang mana? Dan merujuk pada gelombang sinusoidal maupun gelombang trapezoidal seperti yang cak opiq omongkan di thread sebelum ini kaitannya ada di mana?

[fahmi43]

Ikut Menyimak, penasaran juga sama ESC turbo PWM ini..

[ekozxx]

Selanjutnya masing" signal PWM yang diterima oleh ESC akan di ubah menjadi signal PWM untuk DC motor brushless.. lah PWM yg untuk DC motor brushless ini yg seru.. soalnya ane juga belom mudeng-mudeng..

PWM Esc ke motor gak ada hubungannya, karena yang dikeluarkan dari esc bukan PWM tapi tegangan AC 3 phase, (jadi bukan DC Brushless). Esc berperan sebagai inverter (Dc-Ac) selain sebagai pengatur percepatan.

Cak opiq: kalo pada esc biasa pwm di set hanya sampe 50 Hz sedangkan pada turbo/speed pwm di set sampai 400 Hz. Apakah ini yang dimaksud dengan frekuensi pwm pada gambar skematik cak opiq atau yang mana? Dan merujuk pada gelombang sinusoidal maupun gelombang trapezoidal seperti yang cak opiq omongkan di thread sebelum ini kaitannya ada di mana?

Gak ada hubungannya refresh rate 50hz, 400Hz, 500Hz dengan output gelombang sinusiodal, trapezoidal..Refresh rate adalah kemampuan merespon data esc dari Rx atau FC, sedangkan gelombang sinusiodal, trapezoidal adalah bentuk gelombang tegangan yang dikeluarkan ecs ke motor..

Penjelasan sederhana spy mudeng..

Minta teman untuk pegang heli, kasih input rudder, misalnya ke kiri sedikit aja, lalu tahan stiknya disitu. Suruh teman yang pegang heli utk goyang yaw kekiri-dan kekanan, perhatikan servo rudder akan bergerak2 meskipun stik rudder di tx tidak dimainkan.

Dari gambaran di atas terlihat bahwa kontroller gyro memberi sinyal PWM ke servo sendiri sesuai perubahan angular dari heli tanpa ada command PWM dari TX/RX. Apakah semakin cepat respon gyro memberi sinyal PWM ke servo itu pasti sitemnya lebih baik? Belum tentu, tergantung servonya. Jika servonya mampu merespon setiap perubahan sinyal PWM dari gyro, maka sistemnya bekerja dengan baik. Untuk itu dibutuhkan servo yang memiliki kecepatan respon PWM yang cepat. Kecepatan respon ini bisa disebut dengan Refresh Rate. (mohon dibedakan antara speed servo dengan refresh rate)

Untuk multirotor, esc menggantikan servo. Attitude multirotor begitu dinamis, FC berperan menjaga stabilitas si multicopter. Jadi misalnya stik throttle tx saya tahan diposisi hover (PWM=1,5ms), bukan berarti FC juga akan sama mengeluarkan output PWM konstan 1,5ms ke Esc, tetapi berubah2 sesuai dengan attitude stabilnya si multicopter menjaga posisi hover. Untuk itu dibutuhkan esc yang memiliki Refresh-rate yang tinggi agar setiap perubahan attitude/agular dari multicopter dapat direspon cepat oleh esc untuk selanjutnya diteruskan ke motor,. Untuk FC naza dibutuhkan refresh rate esc 400hertz.

[cak-opiq]

nulis lagi untuk para nubie.. permisi yah para suhu..

Sinyal PWM pada ESC (Electronic SpeedController) untuk Brushless DC Motor (BLDC Motor).
Input dari ESC adalah signal PWM yg diterjemahkan kepada seberapa cepat motor diinginkan bergerak. Jadi ini katakanlah PWM input dari ESC merupakan signal PWM yg bahasannya sendiri dibanding signal PWM untuk menggerakkan motor.

Sambil kita perhatikan gambar dibawah,
Brushless motor 3 phase digerakkan oleh 3 buah gelombang yang saling berkejaran. Bentuk idealnya sinusoidal. umumnya quasi-sinus (mirip-mirip sinusoidal lah..). kita lihat pada gambar berikut ada gelombang oranye, gelombang ijo dan gelombang ungu.

Perhatian:
- Gelombang oranye (sinusoidal, bukan sinyal PWM) di bentuk oleh dua buah transistor oranye = 2 buah input.
- Gelombang ijo (sinusoidal, bukan sinyal PWM) di bentuk oleh dua buah transistor ijo = 2 buah input.
- Gelombang ungu (sinusoidal, bukan sinyal PWM) di bentuk oleh dua buah transistor ungu = 2 buah input.
Jadi 3 buah gelombang tersebut di bentuk oleh 6 buah input bernomor 1,2,3,4,5,6 (Switch 1,2,3,4,5,6). bentuk signal ini adalah PWM

Jadi totalnya ada 7 sinyal PWM:
- satu sinyal PWM input masuk ESC untuk menghitung tegangan output yg akan masuk ke motor. Sebut saja PPM perintah.
- dua buah sinyal PWM untuk setiap satu sinyal sinusoidal. Total 2 x 3 signal PWM. Ini PWM dibikin dan di manage sendiri oleh ESC ketika menerjemahkan PWM input menjadi sinyal sinusoidal menuju motor.
Pada gambar berikut:
a. 3 gelombang disisi atas (sinus/trapezoid) adalah gelombang output menuju motor.
b. 6 bentuk gelombang disisi bawah adalah gelombang berbentuk PWM pada sisi input switch 1,2,3,4,5,6 alias input transistor.


Informasi penting paparan diatas adalah SUDUT ROTOR.
- Tidak seperti motor biasa, cara menggerakkan brushles motor adalah dengan mengubah-ubah sudut rotor (object yg berputar, isinya magnet).
- Untuk melakukan start motor, percepatan dan pengereman menjadi tidak sederhana karena prinsipnya adalah mengubah-ubah sudut rotor. butuh algoritma, kalkulasi dll agar rotor bergerak sesuai keinginan.
- Maka posisi sudut terakhir rotor menjadi penting untuk menentukan kemana selanjutnya rotor bergerak.
- Informasi perubahan sudut selanjutnya digunakan untuk menghitung speed.

berikut tipikal diagram fungsinya:


Kalo ditanya: kabel ke motor kan cuman 3 buah, kemana kabel" untuk output sensor yg akan diolah oleh ESC saat menggerakan sudut rotor? itu yg disebut "Sensorless control of 3-phase brushless DC motors" memanfaatkan Back-EMF (Back electromagnetic force).
Kalo ngak salah begitu...

[cak-opiq]

Cak opiq: kalo pada esc biasa pwm di set hanya sampe 50 Hz sedangkan pada turbo/speed pwm di set sampai 400 Hz. Apakah ini yang dimaksud dengan frekuensi pwm pada gambar skematik cak opiq atau yang mana? Dan merujuk pada gelombang sinusoidal maupun gelombang trapezoidal seperti yang cak opiq omongkan di thread sebelum ini kaitannya ada di mana?

Tebak-tebak manggis saja ya om. soalnya sy tidak tahu dokumen 50Hz yg om maksud. Saya kira itu signal PWM yang ada pada input T1, T2, T3, T4, T5 & T6. pada gambar bentuk gelombangnya di labeli S1...S6 (Switch 1..6).

analoginya: dgn 50Hz maka sebuah gerak keluar setiap 1/50detik. Kalo 400Hz sebuah gerak keluar setiap 1/400detik.
Ilmu kira-kira saja om...

[cak-opiq]

Selanjutnya masing" signal PWM yang diterima oleh ESC akan di ubah menjadi signal PWM untuk DC motor brushless.. lah PWM yg untuk DC motor brushless ini yg seru.. soalnya ane juga belom mudeng-mudeng..

PWM Esc ke motor gak ada hubungannya, karena yang dikeluarkan dari esc bukan PWM tapi tegangan AC 3 phase, (jadi bukan DC Brushless). Esc berperan sebagai inverter (Dc-Ac) selain sebagai pengatur percepatan.

Sepakat sekali om Suhu, "tidak ada hubungan langsung"., ini yg saya kawatirkan teman" sulit mengertinya..
- PWM inputnya ESC adalah output dari flight controller dimana ESC bersama Motor & Propeller menerjemahnya menjadi thrust. Kita sebut saja PWM perintah.
- "yang dikeluarkan dari esc bukan PWM tapi tegangan AC 3 phase". <= Betul pak, itu keyword penting. Lebih detailnya masing masing tegangan AC tersebut dibentuk oleh signal PWM yang umumnya tidak nampak dalam pembahasan. Dua buah sinyal PWM untuk setiap jalur/phase. Kita sebut PWM apa ini agar memudahkan pengertian teman" ? Hidden PWM tentu akan membuat membingungkan..

ini yg membuat pemirsa bingung:

sbgmn diketahui PWM outputnya receiver berbeda dgn PWM keluaran ESC ke brushless motor. Jd ini mau ngarsip bagaimana sinyal PWM outputnya receiver pada masing" channel. Smoga nanti ketemu bacaan yg enak untuk PWM output nya ESC saat menggerakkan DC brushless motor.

bahasa ini ngak bisa dipakai, krn yg dimaksud adalah PWM signal output nya mikrocontroller didalam ESC yg dibuat & dikelola sendiri oleh ESC.

[christoffel]

saya coba jelasin dikit, supaya pak dokter nggak salah ngerti ...

konon ... pada jaman dahulu, orang punya keinginan bikin remote control.
karena signal yg di transmit hanya satu (gelombang RF) sedangkan informasi yg hendak di kirimkan dari TX ada beberapa (channel) maka haruslah dibuat suatu system, namanya multiplexing.
lalu dibuatlah standart untuk signal servo seperti yg kita kenal saat ini, 1ms .. 2ms dengan perioda 20mS
setelah multiplexing, signal2 ini secara berurutan tampak sebagai ch1, ch2, dst sampai pada akhirnya channel X dibuat extra panjang supaya bisa dibedakan bahwa yg ini bukanlah informasi channel (synchorize signal).
untuk keperluan PWM pada motor didalam servo (supaya menyederhanakan circuit servo) maka dipilih perioda 20mS.
akibatnya saat jumlah channel mencapai 8 maka tempat untuk multiplexing nya nggak cukup.
dalam prakteknya signal servo ini bisa sampai 2.2mS (ini sebabnya setelan ATV bisa sampai 140%), jadi kalau 8 channel maka diperlukan 8x2.2mS + 1 signal synchron (harus jauh lebih besar dari 2.2mS) dan ini sudah melebihi batas 20mS perioda (Futaba menggunakan perioda 22mS).
ini sebabnya ch 9 dan seterusnya hanya bisa ada kalau TX nya pake PCM, karena pada mode PPM sudah nggak bisa muat lagi ...
masalahnya pada jaman dahulu, tidak pernah terlintas bahwa bakalan perlu channel sampai lebih dari 8 ...

periode 20mS inilah yg di sebut refresh rate 50Hz (f=1/T=1/20e-3=50Hz). dan ini sudah terlanjur jadi standart.
pada aplikasi saat ini seperti untuk MC, dituntut refresh rate yg lebih cepat supaya respon untuk control nya bisa lebih baik, karena itu 50Hz dirasa kurang. Lalu dibuatlah standart baru yg kita kenal sebagai refresh rate 400Hz.

pada FC untuk MC, supaya tidak harus mengganti remote, tetap dipakai standart signal input yg 50Hz (meskipun ada juga FC yg otomatis mampu mengenali juga signal 400Hz). yg perlu refresh rate tingi adalah dari FC ke esc, jadi dibuatlah esc yg response nya bisa cepat, ini yg disebut turbo. termasuk diantaranya mengganti standart refresh rate, mengganti standart PWM menjadi I2C dll.
sepanjang pengetahuan saya, system control motor BL nya tetap sama saja.

[christoffel]

untuk esc nya sendiri :

motor BL membutuhkan tegangan input 3-phase sinus.
untuk membangkitkan sinus diperlukan rangkaian yg cukup rumit dan efisiensi daya nya juga kurang bagus, karena itu diputuskan menggunakan gelombang persegi saja. rangkaian jadi lebih sederhana dan cepat serta efisiensi daya jadi lebih bagus (sama seperti membandingkan BEC yg linier seperti 7805, dengan yg pakai switching regulataor).
dengan menggabungkan ketiga gelombang pada satu pole saja, akan tampak bentuknya menjadi quasi-sinus.
dalam membangkitkan 3-phasa ini tentu perlu diketahui dulu frekuensi berapa, padahal frekuensi ini yg bakalan menentukan kecepatan si motor. Supaya bisa berputar alami (artinya kalau motor lebih kuat dari beban maka kecepatan putaran nya akan bertambah, dan sebaliknya) maka dipasang lah sensor, biasanya berupa 3 buah hall sensor terpasang pada kumparan pole nya. sensor ini yg memberitahu esc, posisi motor nya ada dimana, untuk berputar maju harus meng-exitasi pole yg mana, dan sebaliknya kalau mau mundur. ini bisa kita lihat pada motor2 BL untuk RC mobil, terutama yg untuk kecepatan rendah tapi perlu torsi besar. ini disebut sensored BL motor.
dengan begini maka frekuensi dari arus 3-phase nya secara otomatis akan sesuai dengan kecepatan motornya. jadi frek nya mengikuti kecepatan motornya, bukan kecepatan motor mengikuti frek nya lagi. Lalu untuk mengatur kecepatan motornya, arus 3-phase tersebut di modulasi lagi dengan PWM yg besarnya sesuai dg signal throtle. ini mengakibatkan total daya rata2 yg diberikan ke motor jadi mengikuti posisi throtle.

jadi pengaruh throtle ke motor adalah besar daya nya, bukan langsung mempengaruhi kecepatan nya. ini bisa dicoba dengan menetapkan posisi throtle tertentu, lalu ukur rpm motor pada 2 jenis prop yg beban nya berbeda. hasilnya pasti rpm nya berlainan, meskipun posisi throtle nya sama.
apakah linier ? ya pasti. tapi posisi throtle terhadap daya, bukan terhadap kecepatan.

Kemudian, karena pole motor sendiri juga punya back-EMF (kalau motor sudah berputar) yg ternyata bisa digunakan untuk menggantikan fungsi sensor maka penggunaan sensor bisa dihindari. ini yg kemudian kita kenal dengan sensorless BL motor.
kelemahannya, saat start awal posisi pole motor belum diketahui karena motor belum berputar dan tidak ada BEMF, jadi mesti coba2 dulu. algoritma untuk coba2 ini yg berbeda untuk tiap pabrikan dan biasanya di rahasiakan.

[cak-opiq]

Jadi turbo PWMnya dimana nih....
- di signal PWM inputnya ESC, misal 50Hz kenjadi 400Hz etc?
- di PWM signal didalam ESC yg membentuk sinyal sinusoidal ke motor?

kalo petunjuk om christ cenderungnya turbo itu hanya masalah response ESC terhadap inputnya. Bolehkah dibilang manfaat turbo tetap dirasakan meskipun signal PWM input dari ESC tidak turbo?