Taktrate, Steuerungsfrequenz, wann passen Motor und Regler zusammen?

Hallo, ich habe eine Frage an die Elektronik-Spezialisten! Ich lese gelegentlich von

1)"hohen Steuerungsfrequenzen", für die Regler in Multicoptern besonders geeignet sein sollen, und

2) ich lese von Taktraten zwischen 330 und 490 Hz, wer gibt diese vor?

3) ich lese, dass Regler und Motoren bei Quadrocoptern besonders zusammen abgestimmt sein sollen.

Was bedeutet das alles?

Kann mich jemand aufklären, da ich wenig bzw. keine Ahnung von elektronisch-physikalischen Begriffen und deren Bedeutung für die Fliegerei mit Quadro- bzw. Multikoptern habe?

"hohe Steuerungsfrequenzen" bzw. kleine Takt-/Zykluszeit

Die Regler für die Fluglage des Multicopters sind als Gleichungen im Mikroprozessor programmiert.
Bei jeder Ausführung des Reglers (mathematischen Gleichungen) werden die Signale der Sensoren,
welche die aktuelle Fluglage (IST-Wert) beschreiben mit der vom Benutzer (Modellflieger) vorgegebenen Lage (SOLL-Wert) verglichen
und bei Abweichungen über den Regler (P, I und D-Werte in der GUI) die notwendigen Korrekturwerte berechnet.
Umso kürzer und/oder effizienter der Programmcode, desto schneller wird er vom Mikroprozessor ausgeführt.
Das heit, dass bei einer kleinen Zykluszeit der Code z.B. pro Sekunde viel öfter ausgeführt wird. Besonders bei schnellen
Vorgängen ist es wichtig eine möglichst kleine Zykluszeit zu haben und dadurch Abweichungen von der gewünschten
Lage möglichst schnelle auszusteuern.

Taktrate von 330/490 Hz

Zur tatsächlichen Taktrate welche beschreibt, wie oft der Programmcode im Mikroprozessor pro Sekunde ausgeführt wird,
kann ich gerade nichts beitragen. Wie oben schon beschrieben, wird die Taktrate von der Verarbeitungsgeschwindigkeit
des Mikroprozessor und der Menge/Komplexität der benötigten Berechnungen bestimmt.
Beispiel: Pro Sekunde sind 1000 Multiplikätionen möglich, wenn das Programm nur aus Multiplikationen besteht und
davon pro Durchlauf des Programmcodes 100 benötigt werden, dann erreicht man 10 Durchläufe in einer Sekunde ==> 10 Hz.

Abstimmung zwischen ESC (Motorsteller) und Motor

Bei dem ESC ist es wichtig, dass dieser die Eingangssignale, welche über das Servokabel kommen, direkt an die
Ansteuerung der Leistungshalbleiter weiter gibt. Sollte hier eine sogenannte Totzeit (Verzögerung) entstehen,
verschlechter sich die Regelung der Lage. Aus diesem Grund gibt es z.B. für ESCs von RCtimer eine alternative Firmeware,
welche besonders direkt reagiert. Dies wird durch einen möglichst schlanke und effizient Programmcode unter
Auslassen von z.B. Überstromprüfungen erreicht.

Hallo MoD, vielen herzlichen Dank für Deine Ausführungen, die mir ein wenig Licht in die Geheimnisse der Elektronik bringen. Es entstehen noch mehr Fragen als es vermutlich Antworten auf dieser Plattform geben kann, dennoch glaube ich zu verstehen, dass der Mikroprozessor in der Platine der große Meister der Ansteuerung und der Regler der Ausführende ist, und ganz am Ende steht der Motor. Die Taktfrequenz repräsentiert nach meinem Verstehen demnach die Häufigkeit der Abgleichungen zwischen Ist- und Sollzustand?

Nicht ganz verstanden habe ich jetzt das notwendige Zusammenspiel zwischen Regler und Motor?
Gibt es dazu noch mehr detailliertere Ausführungen?

Dank und Gruß
Günter

Hallo Günter,

dein erster Absatz ist soweit richtig. Der Mikroprozessor ist quasi die Einheit, welche aus den Eingangswerten (Sensoren wie Gyro, Bescheunigung, RC-Empfänger) die für den Flug notwendigen Ausgangssignale erzeugt/berechnet. Diese Ausgangssignale werden von den Motorregler (oder englisch ESC) zur Ansteuerung der Motoren genutzt. Wie im einzelnen der ESC den Motor ansteuert geht in den Bereich der Leistungselektronik. Unter
http://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCrstenloser_Gleichstrommotor findet man etwas über die gundlegende Funktionsweise.

Kurz gesagt schaltet der ESC den Plus- und Minuspol des Akkus zur passenden Zeit auf zwei der drei Anschlüsse des Motors
und anschließend auf die nächsten zwei usw. Der richtige Zeitpunkt wird über die Elektronik im ESC bestimmt.
Bei passender Ansteuerung aller drei Anschüsse des Motors dreht er sich.
Das sogenannte Timing des ESC bestimmt wann im Bezug auf die Position des Motors die Umschaltung der zwei Anschlüsse erfolgt.
Welches das passende Timing ist, hängt vom Motor ab. Bei meinen Kopter mit Suppo 2212/13 an 10x4,5" EPP hat sich als Einstellung "HIGH" bewährt.


Viele Grüße

Gerd