Кризисный твик: Арктур-006

[Leoniv]

Кризис набирает обороты, денег совсем нет. Купить что-то приличное нет возможности, остается твикать то, что уже есть. А есть "Арктур-006". Еще до кризиса удалось поменять шелл и картридж (на AT-95E). В целом аппарат устраивает, но ради хоть какого-то движения хочется его немного доработать. Недостатки мелкие, перечислю их в порядке убывания важности.

1. Очень не хватает подсветки иглы. Сложно попадать на соединительную канавку между треками. В том месте, где установлен проигрыватель, темно, а сделать стационарное освещение затруднительно. Поэтому хотелось бы иметь в самом проигрывателе подсветку. Или в виде башни, как в Technics SL-1200, или на самом тонарме.

2. Не устраивает механический автостоп. Его пришлось отключить, так как со временем увеличилось усилие, которое прикладывается к тонарму на внутренних канавках. Без автостопа пользоваться проигрывателем неудобно. Хочется сделать бесконтактный датчик автостопа и электромагнит в качестве исполнительного устройства, чтобы вообще не нагружать тонарм.

3. Не устраивает встроенный корректор, приходится пользоваться внешним. Хочется избавиться от лишнего ящика и встроить внутрь проигрывателя нормальный корректор. Хочу попробовать с токовым входом.

4. Этого практически не слышно, но на спектроанализаторе хорошо видно - есть рокот. По идее, этот рокот можно существенно уменьшить, если реализовать оптимальное управление двигателем. В связи с этим хотелось бы переделать всю электронику двигателя, сделать новую на основе микроконтроллера. Удивительно, но факт, чтобы полноценно заменить существующую простенькую аналоговую плату, нужен довольно мощный контроллер (планирую использовать STM32), который способен реализовать векторное управление синхронным электродвигателем.

5. Этого тоже не слышно, но немного неприятно. Скорость по рискам стробоскопа немного плавает, ее приходится периодически подстраивать. Если уж переделывать схему управления двигателем, то нужно добавить и кварцевую стабилизацию скорости. Но для этого нужно добавить датчик скорости с низким фазовым шумом. Сколько ни спрашивал на форумах про устройство катушек в Электроника ЭП-060, никто так и не ответил.

6. Ну и так, по мелочи. Например, новая логика управления, которую сможет реализовать тот же микроконтроллер, который будет управлять двигателем.

Controls.pdf

Кое-что из намеченного я уже сделал. Вообще, по модернизации "Арктур-006" написано очень много. К сожалению, большая часть - это разные домыслы, не подкрепленные ни теорией, ни результатами измерений.

Корпус вначале я хотел не трогать. Но потом нашел вариант доработки этого проигрывателя, который посеял зерно сомнений. А не сделать ли полностью новый деревянный корпус? Препятствием является то, что с деревом я никогда не работал и ничего в этом не понимаю. Как вариант, рассматривал лазерную резку фанеры, а затем склейку пакета. После обработки торцов все это дело оклеивается натуральным шпоном и покрывается лаком. Все шильдики гравируются лазером на двухслойном пластике. Я даже набросал дизайн-проект, который на одном из форумов раскритиковали.



Design6.pdf

Весь этот вариант под большими сомнениями. Очень трудно компоновать новый корпус, востанавливая линейкой и штангенциркулем чертежи ЭПУ G-2021 с габаритами всех деталей и координатами отверстий. Когда дело дошло до завес верхней крышки, так и вообще процесс застрял. Их конструкция с вязким демпфированием и торсионами разгрузки вписывается только в тонкостенный пластиковый корпус. Трудности также с расположением ножек, которые должны быть частично утоплены в поддон. Так пока выкройки для фанеры и не дочертил.

Вариант использования старого корпуса пока не отбрасываю. Он очень красивый, но немного неприятный своей гулкостью. Над ним я тоже немного поработал, сделал регулируемые ножки, снял старую краску, проклеил внутри шумоизоляцией. Стал намного более тихим, в таком виде он вполне устраивает. Но впереди сложный и сомнительный в плане результата процесс покраски.





Найден скан книги "ЭПУ G-2021 инструкция по ремонту".
Разыскивается информация по измерительной пластинке ИЗМ 0338/3-10 и ИЗМ 0338/2-8.
Разыскивается скан книги Полозов Ю.С. "Механизмы электропроигрывающих устройств".

[VladimirV]

В том и вопрос, как задействовать всю информацию с датчиков, а не только переход через ноль.

Пересчетом.
Смотрите: фазовый джиттер датчика скорости на порядок меньше этого параметра у датчика положения ротора. По крайней мере - у хорошего датчика. Далее, заводите в программе виртуальные датчики положения ротора для трех фаз. Начальную фазировку виртуального датчика с физическим осуществляете по физическому датчику ОДИН РАЗ при пуске. А далее, состояние виртуальных датчиков меняется только по сигналам с датчика скорости. Получаете высокостабильный сигнал положения каждого полюса ротора. На случай сбоев сохраняется проверка синфазности виртуальных и физических датчиков с программной фильтрацией. При этом "болтанка" импульса с датчиков - вообще никак не влияет на работу привода.
Например, в 1984 году я делал по такому принципу кадровую развертку в телевизоре "Юность" - удвоенную строчную частоту делил на 625 - и получал кадровую. При включении коэффициент деления изменялся на единицу и шло сравнение кадрового синхроимпульса из TV сигнала и виртуального расчетного. При 8-ми подряд совпадений коэффициент пересчета становился опять 625 и схема переходила в режим ожидания выпадений: как только 8 подряд импульсов виртуальный импульс не совпадал с тем, что идет с телецентра - схема уходила опять в поиск. Тогда в Воронеже на телецентре еще не было сплошной синхронизации программ. Поэтому при переходе вещания с местного сигнала на сигнал с Москвы и обратно - и происходил повторный поиск кадрового синхросигнала. В остальное же время стабильность картинки была совершенно невероятной для того времени. В схеме предусматривалась подстройка положения четных строк относительно нечетных - что вообще давало четкость по вертикали - теоретически возможную. Кстати, сделан был этот узел только на микросхемах серии 564, производимых тогда только в Минске.

[Leoniv]

Смотрите: фазовый джиттер датчика скорости на порядок меньше этого параметра у датчика положения ротора.

А, понятно, Вы про датчик скорости. Но его штатно нет, система создается для работы только с датчиками положения ротора.

[VladimirV]

Но его штатно нет, система создается для работы только с датчиками положения ротора.

Если так, то ориентироваться на стабильность скорости по этим датчикам в рамках одного оборота диска - вряд ли возможно.
Вполне может оказаться так, что пересчет показаний датчиков на один оборот с резким сужением полосы в петле ФАПЧ даст бОльшую стабильность угловой скорости, чем следование показаниям датчиков с большим фазовым джиттером. Это можно узнать только попробовав и сравнив в эксперименте.

[Leoniv]

Это можно узнать только попробовав и сравнив в эксперименте.

Для начала хотелось бы просто повторить штатную схему на микроконтроллере. Но возникает ряд вопросов по схемотехнике.

В оригинале регулировка производится амплитудой генератора возбуждения датчиков. Если этот сигнал генерировать контроллером, то как регулировать его амплитуду? Пробовал вместо меандра таймером формировать ШИМ, амплитуда регулируется, но требуется очень сложный аналоговый фильтр, и то сигнал становится "кривым" при снижении амплитуды.

Как сигнал датчиков детектировать? Активный детектор, синхронный, или что-то еще? Что делать с паразитной постоянной составляющей на выходе детекторов? В оригинале вручную подстроечниками уравнивались значения постоянки по фазам. Это в принципе неправильно, вместе с постоянкой регулировался и размах сигнала для каждой из фаз, что нарушает баланс. От подстроек надо уйти, сделать их автоматическими. Если добавить интеграторы, которые будут удерживать какое-то постоянное напряжение, тогда двигатель перестает стартовать. Может интеграторам дать узкое окно свободы, а основную постоянку удалять как-то по-другому? Но она зависит от амплитуды генератора и параметров датчика. В теории, вроде, для трехфазной системы средний сдвиг можно получить суммированием всех фаз. Можно вычесть этот сигнал из сигнала каждой из фаз. Или нет?

Наверное, надо поддерживать баланс двух видов: постоянного напряжения по трем фазам и амплитуды полезного сигнала по трем фазам. Амплитуды в теории должны подстраиваться, одинаковым должно быть не электрическое напряжение, а МДС по фазам.

В Сети есть любительский проект по доработке Technics SP-10. Там сделали по-другому - амплитуда генератора постоянна, а масштабируют сигналы после детекторов. Сделано это довольно оригинально, с применением дискретно-непрерывных схем. Аналоговый сигнал аттенюируют с помощью ключа, управляемого ШИМ. Но там частота работа двигателя ниже, меньше полюсов. Здесь тоже что-то подобное можно попробовать, если увеличить частоту ШИМ за счет программной добавки дельта-сигма. Но, опять, что делать с постоянкой? Ключ должен переключаться не между сигналом и землей, а между сигналом и неким постоянным уровнем, равным среднему значению выхода детектора. В проекте для SP-10, похоже, нарвались на эту проблему по ходу разработки, там в обсуждении была дорисована цепочка - дополнительный выпрямитель, с которого это смещение вычиталось из сигнала. Почему не просто постоянка - они захотели учесть нестабильность амплитуды генератора. И реверс в том проекте изначально рисовали неправильно - меняли местами две фазы. А ведь надо инвертировать все три.

Считал, что у меня аналоговая схемотехника получается лучше программирования. Но этот проект ввёл в ступор. Такая элементарная схема в прототипе, а так сложно в ней что-то поменять. Временами кажется, что проще все это сделать программно, если синтезировать три синуса. Тогда остается ровно один вопрос - как обрабатывать сигналы датчиков положения ротора. Очевидно, что их надо оцифровывать с помощью АЦП. В итоге будем иметь 3 почти синуса, сдвинутых на 120 градусов и имеющих какие-то случайные постоянные сдвиги. Как из этой каши получить угол в любой момент времени?

[dimonix]

Во многих японских вертушках, как и в Fisher MT-6250 используется удвоитель частоты сигнала с датчика скорости.

[Leoniv]

Датчик скорости можно сделать тоже трехфазным, тогда частоту можно ушестерить.

Какие мысли будут по структуре новой схемы? А то наблюдается ступор в разработке последние 5 лет.

[Sulphur]

Оставить вертак в покое. ИМХО.

[dimonix]

Как промежуточный вариант - увеличить зазор между диском и статором и установить кварцевую стабилизацию. Рокот не слышно и частота вращения при опускании головки не плавает.

[Leoniv]

Такие советы не нужны. Лучше бы посоветовали по структурной схеме контроллера двигателя, как выбрать из разных вариантов. По схемотехнике отдельных узлов. Как лучше питать обмотки при однополярном источнике питания. Общая точка звезды, как в оригинальной схеме, будет иметь непонятно какой потенциал. Его надо стабилизировать? Как? Активной схемой (добавлять или вычитать ток в эту точку), или через смещения усилителей мощности? По структуре программных модулей выскажитесь. Сейчас STM32 в продаже нет, надо делать на AVR. Но там только 8 бит 3 ШИМ. Хватит? Учитывая, что в рабочем режиме амплитуда на обмотках гораздо меньше, чем при разгоне - теряем биты. Или дополнить программным дельта-сигма? Ну и главный вопрос - из трехфазного напряжения получить угол. Как лучше, учитывая помехи и искажения входных сигналов. А то "оставить в покое"... А что вместо этого, портвейн в подъезде пить?

[VladimirV]

Считал, что у меня аналоговая схемотехника получается лучше программирования. Но этот проект ввёл в ступор.

Возможно, надо расширить вариативность аппаратной базы.
Не отбрасывайте с ходу вот такую идею:
Берите за основу adau1452 и проектируете девайс в SigmaStudio. Не обращайте внимания, что там все для обработки звука. Привод BLDC - те же сигналы. Аппаратная часть там весьма производительная. Интерфейс - крайне дружелюбен. Паять - не надо. Библиотека САПРа - весьма обширная.
А главное - отладка проекта резко упрощается за счет возможности все быстро перестраивать и пробовать с ходу. К платке с adau1452 надо добавить плату с 2-мя стерео АЦП и двумя стерео ЦАП. Такая тоже есть готовая. Возможно, готовых библиотечных модулей не хватит - там есть возможность дописывать модули самому.
Бесценный опыт в работе с этой платформой по любому будет получен и потом востребован на других проектах.

[Leoniv]

Берите за основу adau1452

Думаю, это драматически снизит популярность проекта по сравнению с ATmega88.

К тому же, некоторые проблемы останутся. Например, как сделать выходные каскады? В оригинале обмотки включены звездой, датчики тока сидят на центре звезды. Относительно этой точки усилители воспринимают входной сигнал. Но ведь потенциал центра неизвестен и непостоянен. Тогда токи фаз тоже будут плавать. По-моему, это ненормально. Да и общий провод ЦАП должен быть привязан к центру звезды. Как тогда сформировать питание +5 В? Как корректно превратить выходное напряжение ЦАП в ток обмотки статора?

[Sulphur]

А то "оставить в покое"... А что вместо этого, портвейн в подъезде пить?

Слухать как есть на данный мОмент. Ведь Вы всё равно этих 66 Гц не слышите. ЛомАете себе голову уж сколько времени..., но это, несомненно, полезнее, чем портвейн в подъезде пить.

[Leoniv]

всё равно этих 66 Гц не слышите

На 66 Гц эти доработки не повлияют.

[Sulphur]

На данный момент - как Ваш вертак себя ведёт?

[Leoniv]

На данный момент - как Ваш вертак себя ведёт?

К чему такой вопрос? У меня вертаков много, какой из них?

Чтобы был понятен вопрос про выходной каскад, вот схема. Как привязать ЦАП к ОУ? Надо ли стабилизировать потенциал точки звезды? Как балансировать фазы по DC и AC?

[Sulphur]

Арктур-006, конечно.
Я так понимаю, что в улучшениях его схемы управления приводом Вы дошли до какого-то уровня, но хотите сделать ещё лучше. Поэтому вот и стало интересно, как он на данный момент работает.

[Leoniv]

Вы дошли до какого-то уровня

Все, что было сделано в плане управления двигателем - не годится. Как-то работало, но схема выглядела некрасиво. Поэтому хочу повернуть ветку в более практическое русло и обсудить конкретную схемотехнику отдельных узлов (вместо теоретических рассуждений). Начать можно с выходного каскада и сопряжения его с ЦАП.

[VladimirV]

Относительно этой точки усилители воспринимают входной сигнал. Но ведь потенциал центра неизвестен и непостоянен. Тогда токи фаз тоже будут плавать. По-моему, это ненормально. Да и общий провод ЦАП должен быть привязан к центру звезды. Как тогда сформировать питание +5 В? Как корректно превратить выходное напряжение ЦАП в ток обмотки статора?

А зачем нужна ОС по току? Почему не сделать просто 3 ЦАПа на УМ с выходом на звезду обмоток? Индуктивнось обмоток статора мала - не вижу смысла в ОС по току.

[Leoniv]

А зачем нужна ОС по току? Почему не сделать просто 3 ЦАПа на УМ с выходом на звезду обмоток? Индуктивнось обмоток статора мала - не вижу смысла в ОС по току.

Думаете это будет правильно? МДС ведь зависит от тока. И в оригинале задается именно ток обмоток. Измерение напряжения на обмотках показывает значительные искажения формы. Боюсь, что при управлении напряжением параметры привода станут хуже, чем у оригинала. А этого мы не можем допустить.

[VladimirV]

И в оригинале задается именно ток обмоток.

В оригинале через задницу идет формирование самой формы тока и его уровня. В те годы просто не на чем было тупо сформировать цифровой синус и вывести его через ЦАП наружу - поэтому таков и оригинал. Но сейчас делать так же, это собирать калькулятор на лампах! В принципе - возможно. Но какой в этом смысл???
Кстати, о СигмаСтудии. В сети публиковался опыт генерирования сигналов на adau1701 для ТСК-1 на Электронике Б1-01. Очень положительный опыт. Хотя - там конешно все проще.