Prosty układ sterowania elektromagnesem z regulacją częstotliwości

Witam wszystkich!

Jako początkujący zwracam się o pomoc.
Chcę zrobić układ sterowania który według założenia ma za zadanie wprawić mini elektromagnes pchający w drgania od 50 do 150 Hz z możliwością płynnego regulowania częstotliwości i siły(wychylenia). Myślałem nad przerobieniem schematu migacza na NE555 lub innego multiwibratora, niestety jako laik nie mam pojęcia jak si e do tego zabrać. Proszę o rady.

Weź dowolny schemat ideowy multiwibratora 555 ze wzorem na częstotliwość sygnału wyjściowego. Zobaczysz, że wstawiając odpowiednio w obwód RC potencjometr, otrzymasz płynną nastawę częstotliwości. To wszystko jest dobrze opisane, więc nie trzeba się powtarzać.

Jednak podałeś zbyt mało szczegółów o samym elektromagnesie. Jeżeli chcesz otrzymać płynną zmianę siły oddziaływania, to rozumiem, że oprócz samego elektromagnesu jest jeszcze jakiś ruchomy element "napędzany" i ze wstecznym oddziaływaniem, np. sprężyną.

Czepiam się tak, ponieważ Twój problem wygląda na sterowanie impulsowe. A tu mamy trzy możliwości oddziaływania: zmianą amplitudy przy stałych: częstotliwości i szerokości impulsów, zmianą częstotliwości przy stałych: amplitudzie i szerokości (Twój przypadek?) oraz PWM (bardzo często stosowane).

Zatem opisz zagadnienie dokładniej, niż w pierwszym poście.

Krzysztof Podstawa

Więcej szczegółów.
Jeśli chcesz mieć oprócz regulacji częstotliwości również regulację siły - to należałoby regulować napięcie zasilające układ załączający o regulowanej częstotliwości.
Ale jeśli to ma być układ mechaniczny napędzany tym elektromagnesem to zalecam analizę tego pod kątem sił, przyśpieszeń oraz masy układu drgającego. To się nie da tak prosto wprawić w ruch elementu o określonej masie z częstotliwością rzędu 100Hz - duża częstotliwość -> krótkie czasy -> duże przyśpieszenia -> duże siły.

Proste to raczej nie będzie.
Przy stałej amplitudzie sygnału sterującego lub stałym współczynniku wypełnienia sygnału sterującego mamy stałą amplitudę elementu drgającego i konkretną częstotliwość .
Jeśli zmienimy tylko częstotliwość sygnału sterującego to zmienimy częstotliwość układu drgającego ale i też zmieni się amplituda!
By utrzymać stałą amplitudę wychyleń podczas zmiany częstotliwości drgań , musimy zmieniać albo współczynnik wypełnienia lub amplitudę sygnału w zależności od sposobu sterowania.

Wystarczy wziąć pod uwagę dość skrajne przypadki jak f=1Hz gdzie praktycznie każdy elekromagnes zdąży wychylić się na maxa przy odpowiednio dużej wartości napięcia podanego na jego końcówki oraz f=100Hz gdzie praktycznie żaden nie będzie w stanie przy tym samym napięciu co poprzednio przy f=1Hz osiągnąć maksymalnego wychylenia.
Czas reakcji (początek ruchu) elektromagnesu ogranicza częstotliwość z jaką może wibrować z określoną amplitudą a jest uzależniony od budowy i mocy elektromagnesu oraz siły oporu jaką wytwarza to coś co jest napędzane tym elektromagnesem + siły tarcia w samym elektromegnesie

W założeniu elektromagnes impulsowo uderzając trzpieniem w plastikową membranę ma za zadanie zamienić energię kinetyczną w akustyczną. Istnieje możliwość regulacji dystansu elektromagnesu od membrany, więc sam elektromagnes nie musi się maksymalnie wychylać i chować. Planowałem użyć do tego elektromagnesu pchającego 1.5-3W na 6/12VDC, ze sprężyną zwrotną. Nie za bardzo wiem jak wzmocnić sygnał z generatora i jaki przebieg napięciowy byłby najbardziej korzystny.
Pozdrawiam

Nie wiem czy nie najlepiej będzie ustalić wartość współczynnika wypełniania impulsu dla konkretnego napięcia zasilającego elektromegnes . Przy zbyt krótkim impulsie przekaźnik nie zdąży wykonać ruchu i uderzyć w membranę. Przy zbyt długim impulsie ograniczysz częstotliwość tych impulsów.
Przykład dla konkretnego napięcia zasilania elektromagnesu U=const.
Czas ruchu elektromagnesu niech wyniesie 5ms- przy w/w U, czas powrotu niech będzie 10ms
Oczywiście tego czasu nie będziesz mierzył , ale podaje tak dla lepszego zobrazowania.
Czas impulsu regulujemy (nie koniecznie wiedząc ile on dokładnie wynosi- wystarczy mieć pojęcie w jakim przedziale regulujemy) i obserwujemy zachowanie układu elektromagnes-membrana. Jeśli ustawimy czas impulsu na wyraźnie mniej niż 5ms to trzpień nie dotknie membrany a nawet nie ruszy z miejsca przy odpowiednio krótkim czasie trwania impulsu sterującego pracą elektromagnesu np 1ms. Ustawiony czas impulsu w granicy 5ms powinien dawać najlepsze efekty - trzpień zdąży uderzyć a i powrót będzie szybki (teoretycznie 5ms+10ms). Jak widać co 15ms możemy sterować impulsami o czasie 5ms i uzyskamy maksymalną częstotliwość 66,6Hz
Jeśli wydłużymy czas impulsu do 10ms to pełny czas ruchu trzpienia wyniesie 10ms (napędzamy trzpień) + 10ms (powrót ) = 20ms i maksymalna częstotliwość z jaką może działać elektromagnes wyniesie 50Hz

By zwiększyć maksymalną częstotliwość (o ile pozwala na to budowa , moc elektromagnesu , temperatura ) można skrócić czas potrzebny na ruch (napięcie zwiększyć) i na ruch powrotny - zmienić sprężynę powrotną ale tutaj automatycznie kij ma dwa końce i zbyt mocna sprężyna faktycznie skróci czas powrotu ale przyczyni się do wydłużenia czasu zadziałania w kierunku membrany.


Oczywiście twój elektromagnes może działać szybciej niż wyżej abstrakcyjnie i uzyskasz większą częstotliwość , ale dla danego U=const określisz doświadczalnie czas impulsu i jeśli budowa pozwoli (warunki termiczne moc oddawana) możesz zwiększyć U i ponownie sprawdzić - teoretycznie przy zwiększeniu U czas reakcji się skróci a zatem zwiększy się częstotliwość maksymalna z jaką można sterować elektromagnes. Położenie potencjometru regulującego czas impulsu będzie dla Ciebie wyznacznikiem , przy jakim napięciu jeszcze nie zagotujesz elektromagnesu a czas będzie najkrótszy , gdzie leży kompromis i sens podwyższania napięcia (w pewnym momencie przyrost napięcia nie wiele da a spowoduje nadmierne nagrzewanie się)

Wszystko racja, ale proszę nie zapominać o siłach potrzebnych do tak szybkich ruchów trzpienia.
Przypomnę, że F=ma, praca=Fs.
I ważne też jest zjawisko rezonansu mechanicznego, oraz sprężystość membrany.

Takie proste układy robią laboratoria u producentów sygnalizatorów elektromagnetycznych czy głośników. Idą do banku, biorą kasę, budują laboratorium, zbierają sprzęt i ludzi, robią badania 10 lat, opłacają czynsz, płace, patenty i inne pierdółki, a później chętnie dzielą się wynikami.
Poczytaj najpierw jak działa elektromagnes a konkretniej https://www.google.pl/search?q=g%C5%82o%C5%9B...OI-704QSTl4HICg&ved=0CDYQsAQ&biw=1352&bih=611 głośnik elektromagnetyczny. Później to pikuś -tylko bank i te parę pierdółek. Ja sprzedam ci tanio hektar ziemi

Jeżeli chcesz otrzymać energię akustyczną (falę) o zmiennej częstotliwości, to raczej PWM nie będzie miało zastosowania, lecz generator przebiegu prostokątnego o stałej amplitudzie i szerokości impulsu, a o zmiennej częstości. Tego jednak nie uzyskasz za pomocą jednego timera, np. 555. Trzeba połączyć generator o zmiennej częstotliwości z uniwibratorem. To jest do znalezienia w dostępnych publikacjach. Podobnie jak układ wykonawczy, który bezpośrednio wysteruje prądowo cewkę elektromegnesu - jakiś układ tranzystorowy.

Problemem jest jednak to, że elektromagnes i membrana stanowią mechaniczny układ dynamiczny w postaci filtru o określonej charakterystyce amplitudowo-fazowej. Może w niej wystąpić także rezonans mechaniczny, o czym pisali już poprzednicy. Do teoretycznego obliczenia taki układ jest trudny, chociaż nie niemożliwy. Trzeba by wyznaczyć doświadczalnie całościową charakterystykę dynamiczną układu o wejściu w postaci elektrycznej fali prostokątnej i wyjściu w postaci mechanicznej fali akustycznej. Jest to do zrobienia, ale też nie łatwizna.

Napisz także jaki efekt chcesz uzyskać tym urządzeniem, np. czy to ma być jakieś stanowisko pokazowe (szkoleniowe), przyrząd pomiarowy, komercyjna maszyneria itd.

Krzysztof Podstawa