Caída de voltaje en roboRIO y Comprender el Consumo de Corriente

Para ayudar a mantener el voltaje de la batería y preservarse a sí misma y a otros componentes de control como el radio durante eventos de alto consumo de corriente, el roboRIO contiene un esquema de protección de caída de tensión. Este artículo describe dicho esquema, provee información acerca de una planeación proactiva de protecciones para el consumo de corriente actual del sistema, y describe como usar la nueva función de la PDP así como del DS LogFile Viewer para comprender los eventos de caída de tensión si es que ocurren en su robot.

Protección de Caída de Tensión del roboRIO

El roboRIO utiliza un esquema de protección contra de caída de tensión para mantener su voltaje de alimentación y de otros componentes del sistema de control con el fin de evitar reinicios de dispositivos en eventos de alto consumo de tensión que lleven el voltaje de la batería a un nivel peligrosamente bajo.

Etapa 1 – Salida de voltaje 6V

Disparo de voltaje – 6.8V

Cuando el voltaje cae por debajo de 6.8V, la salida de 6V en el pin del PWM empezara a caer.

Etapa 2 - Salida Deshabilitada

Disparo de voltaje – 6.3V

Cuando el voltaje cae por debajo de 6.3 V, el controlador iniciará el estado de protecciones para caídas de tensión. Los siguientes indicadores mostraran que dicha condición ha ocurrido:

  • Led de encendido en el roboRIO encenderá amarillo.

  • El fondo del monitor de voltaje en la Driver Station se tornará rojo.

  • En la Driver Station el modo de visualización se volverá a caída de tensión.

  • La etiqueta de CAN/Power del DS incrementará la falla de 12V en 1.

  • La DS registrará una caída de tensión en el DS Log.

El controlador hará los siguientes pasos para tratar de preservar el voltaje de la batería:

  • Las salidas PWM se desactivarán. Para las salidas PWM que han fijado su valor de neutro (todos los controladores de motor en WPILib) se enviará un único pulso de neutro antes de que se desactive la salida.

  • Vías de 6V, 5V, 3.3V deshabilitados (Esto incluye las salidas de 6V en los pines de PWM, los pines de 5V de los conectores del grupo DIO, los pines de 5V de los conectores del grupo Analógicos, los pines de 3.3V en los grupos de SPI e I2C y los 5V y 3V pines en el grupo MXP)

  • GPIO configurado como salidas go to High-Z

  • Relevadores de salida son deshabilitados (driven low)

  • Los controladores de motor basado en CAN se les envía un comando de deshabilitados.

El controlador se mantendrá en este estado hasta que el voltaje sea mayor a 7.5 o baje al siguiente disparo de voltaje para la siguiente etapa de las protecciones de caída de voltaje.

Etapa 3 – Apagón de dispositivo

Disparo de voltaje – 4.5V

Debajo de 4.5V el dispositivo puede apagarse. El voltaje exacto pude ser menor que esto y depende de la carga en el dispositivo.

El controlador se mantendrá en este estado hasta que el voltaje sea mayor a 4.65V, cuando esto suceda el dispositivo comenzará se secuencia normal de arranque.

Prevención de caída de tensión – Planeación proactiva para el consumo de corriente

La clave para prevenir una condición de caída de tensión es una planeación proactiva para el consumo de la corriente actual del robot. La mejor manera para hacer esto es crear un tipo de presupuesto de corriente. Esto puede ser un documento complejo que intente cuantificar ambas, el consumo de corriente estimado y tiempo de esfuerzo, para una mayor comprensión del uso de corriente y con esto el estado de la batería al finalizar el partido, o simplemente puede ser un inventario de la corriente usada. Para hacer esto:

  1. Establezca el consumo máximo de corriente «sostenida» (entendiendo por sostenida lo que no es momentáneo). Esta es probablemente la parte más difícil de crear el presupuesto de energía. El consumo de corriente exacto que una batería puede sostener mientras mantiene un voltaje de 7+ voltios depende de una variedad de factores tales como la salud de la batería (ver este artículo para medir la salud de la batería) y el estado de carga. Como se muestra en la hoja de datos de la NP18-12 <https://www.farnell.com/datasheets/575631.pdf>, el gráfico de voltaje de los terminales se vuelve muy empinado a medida que el estado de carga disminuye, especialmente cuando el consumo de corriente aumenta. Esta hoja de datos muestra que a una carga continua de 3CA (54A) una batería nueva puede funcionar de forma continua durante más de 6 minutos manteniendo una tensión en bornes de más de 7V. Como se muestra en la imagen anterior (utilizada con permiso del documento Team 234s Drive System Testing), incluso con una batería nueva, el consumo de 240A durante más de un segundo o dos es probable que cause un problema. Esto nos da algunos límites en el establecimiento de nuestro consumo de corriente sostenida. Para los propósitos de este ejercicio, vamos a establecer nuestro límite en 180A.

  2. Enlistar las diferentes funciones de su robot tales como el chasis, algún manipulador, mecanismo principal del juego, etc.

  3. Empezar a asignar la corriente disponible a dichos mecanismos. Probablemente encontrara que se acaba rápidamente. Muchos equipos adaptan su chasis para tener suficiente torque y poder deslizar sus llantas a un consumo de corriente de 40-50A por motor. Si se tienen 4 motores en el chasis, eso consume casi todo, o incluso lo sobrepasa, el presupuesto de consumo de corriente. Esto significa que se debe de tener en cuenta varios escenarios y comprender que funciones pueden (y necesitan ser) usadas al mismo tiempo. En varios casos, esto significa que usted realmente necesita establecer un límite al consumo de la corriente de otros mecanismos si/mientras su robot está exigiendo al máximo al chasis (mientras trata de empujar algo). Una evaluación comparativa de los requisitos de la corriente de “tracción” de un chasis para algunos de estos escenarios alternos es un poco más compleja, ya que depende de varios factores como el número de motores, peso del robot, transmisiones y su eficiencia. La corriente para otros mecanismos se puede obtener calculando la corriente requerida para completar su función y estimar su eficiencia (si el mecanismo no ha sido diseñado) o determinando el torque en el motor y usando la curva de toque-corriente para determinar el consumo de corriente del motor.

  4. Si usted ha determinado funciones mutuamente exclusivas en su análisis, considere la posibilidad de forzar la exclusión en el programa. Usted también puede usar el monitor actual de la corriente del PDP (explicado más detalle a continuación) en su programa del robot para proveer límites de salida o exclusiones dinámicas (por ejemplo, no encender un motor de un mecanismo cuando la corriente del chasis este por encima de X o solamente permita a un motor trabajar a la mitad de su capacidad cuando la corriente el chasis este por encima de Y).

Medición de consumo de corriente usando PDP

La Driver Station de FRC® trabaja en conjunto con el roboRIO y PDP para extraer los datos ingresados por el PDP y registrados en su DS PC. El monitoreo de esta información está aún bajo desarrollo.

Mientras tanto, los equipos pueden usar su código de robot e ingresarlo manualmente, un panel frontal de LabVIEW o el SmartDashBoard para visualizar el consumo de corriente en su robot mientras mecanismos son desarrollados. En LabVIEW usted puede leer la corriente en un canal PDP usando PDP Channel Current VI ubicado en Power Pallet. Para equipos C++ y Java, usen la clase de PowerDistributionPanel como se describe en el artículo de Power Distribution Panel. Trazando esta información durante el tiempo (más fácilmente con un LV Front Panel o con el SmartDashboard usando un indicador gráfico puede proporcionar información para comparar y actualizar el presupuesto de consumo o puede identificar mecanismos que no estén trabajando como se esperaba (debido a cálculos incorrectos en la carga, asumir una eficiencia incorrecta, o problemas del mecanismo como uniones).

Identificar caídas de tensión

La manera más sencilla de identificar una caída de tensión es dando clic en la pestaña de CANPower de la DS y revisar el contador de la falla de 12V. Al mismo tiempo, puede revisar el registro de la Driver Station después de usar el Driver Station Log Viewer. Este registro identificará caídas de tensión con una línea naranja brillante, tal como de la imagen a continuación (nota, estas caídas de tensión fueron introducidas con un osciloscopio y no reflejan la duración ni el comportamiento típico de caídas de tensión en un robot de FRC).