Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Deimic Smart Home
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterowanie impulsem magnetycznym w wahadle kinetycznym

ZbiguZbigu 09 Paź 2018 18:56 996 71
  • #61 09 Paź 2018 18:56
    ZbiguZbigu
    Poziom 9  

    Masz 100% racji powyżej napięcia około 3V układ przestaje działać ;). To jest układ na zasilanie minimalne 1-2V. Prądu pobiera minimum, około kilka mA wiec można łączyć z bateryjką. problem jest jednak taki, że to owszem nadaje się do napędzania zwykłego wahadła (bardzo wolno je rozbuja) ale nie nadaje się chyba (nie mam tego jeszcze sprawdzonego) do tego z patyczkami (Swinging Sticks). Trzeba będzie to sprawdzić.

    Znalazłem jeszcze taki układ, ktoś go proponuje do wahadeł , nie wiem na ile on da radę. Sterowanie impulsem magnetycznym w wahadle kinetycznym

    Trzeba zaprojektować układ, który będzie ciągnął mało prądu tak aby działał na solarze w dzień plus bateria (1do4szt.) AA na noc i żeby miał "kopa" jak ten na Mosfecie, który mam zamontowany w wahadle z zasilaniem 12.2V. Będzie też pewnie kwestia doboru cewki.

    Układ na kontaktronie nie jest idealny. Lepszy byłby bez mechanicznych wyzwalaczy, samo wyzwalający z cewki jak ten #44.


    Ciągle zastanawiam się nad fabrycznym, tam są trzy cewki, główna i dwie pomocnicze. Układ na dwóch wzmacniaczach no i działa na 4xAA przez 2 lata podobno.

    Dodano po 4 [minuty]:

    Jeszcze jedna ciekawostka, ten gość na filmie ma ten sam układ i działa mu na wyższym napięciu niż 3V , pytanie dlaczego?

    Link

    U mnie nie działa tak jak powiedziałeś.

  • Deimic Smart Home
  • #62 09 Paź 2018 19:50
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Sensor A3144 - cena 1zł, tanio. Z parametrami gorzej: napięcie pracy od 4.5V do 24V (wolałbym, żeby działał przy niższym), prąd typowy 4.4mA (może być do 9mA; wolałbym dużo mniejszy). Unipolarny, wyjście cyfrowe kolektor NPN, prąd do 20mA (zadowoliłbym się prądem 0.2mA, albo i mniejszym). Chyba warto poszukać po ofertach sklepów czegoś, co by działało przy mniejszych prądach, ale oczywiście działało szybko (to, co ja znalazłem, że pobierało niewiele uA, a sprawdzało pole kilka razy na sekundę, odpada).

    W układzie: napięcie 4V jest za niskie, sensor może słabo działać; środkowy tranzystor przewodzi prawie cały czas - prąd około 1.7mA (wolałbym to zaoszczędzić); impuls o czasie trwania około 15ms jest generowany, gdy magnes oddala się od czujnika - a więc prąd cewki powinien płynąć w taką stronę, żeby odpychać magnes.

    Przy podanych parametrach cewki stała czasowa narastania prądu jest około 0.7ms, a więc przez prawie cały czas ograniczeniem prądu jest oporność cewki, nie indukcyjność, i prąd pewnie jest około 120mA - to daje średni prąd około 4mA (licząc częstotliwość wahadła 1Hz, czyli 2 przejścia na sekundę, to odpowiada długości 24cm, nie licząc prądu czujnika i środkowego tranzystora).

    Cewka powinna mieć inne proporcje wymiarów - wysokość choć ze 2X mniejszą od średnicy wewnętrznej. Taka pionowa słabiej działa. Może cewka o wysokości 5mm, średnicy wewnętrznej 20mm, 1000 zwojów drutu 0.1mm... mało, przy równym nawinięciu zmieści się 50 zwojów na warstwę, wypada użyć drutu 0.2mm, pójdzie go prawie 100 metrów. Magnes (może N38, średnica 1cm, wysokość może ciut mniejsza, ustawiony pionowo) powinien przesuwać się blisko cewki (najwyżej 5mm nad nią). Niestety napięcie indukowane w cewce przy powolnym ruchu magnesu będzie małe, z 10mV, i trzeba je "wyłapać".

    Może jeszcze czujnik Halla: TLE4964-3K, prąd typowo 1.6mA, napięcie od 3V, włącza się przy 12.5mT, wyłącza przy 9.5mT i jest niewiele droższy od tego A3144 ze schematu.

  • Deimic Smart Home
  • #63 10 Paź 2018 21:28
    ZbiguZbigu
    Poziom 9  

    Cześć, dzisiaj spowolniłem wahadło, ogólna uwaga czym wolniej się waha tym fajniej wg mnie. Trzeba bardzo dobrze wyważyć całość. Masa ramion ma znaczenie ale również rozkład tej masy. Nawet mikro zmiana ma wpływ na ruch wahadła nawet po jakimś czasie jak wszystko się stabilizuje.


    tutaj filmik: https://youtu.be/_F0EJSQaOvg


    Jutro zaczynam budowę drugiego egzemplarza który będzie jeszcze wolniejszy ale na grubszych rurkach , moim zdaniem ten obecny ma za cienkie rurki fi 8mm (10mm ze ścianką). Mam już rurkę 10mm (12mm ze ścianką) i taką użyję).

    Oglądałem film z rozpakowania oryginału i tam nie widać łożysk z zewnątrz. Prawdopodobnie są wewnątrz rurek. W oryginale jest tak, że na stojaku jest ośka, na długim ramieniu jest ośka dla krótszego ramienia oraz dziurka na ośkę od stojaka. Co ciekawe montaż łożysk w takim wydaniu będzie kłopotliwy. Trzeba chyba zrobić tak:
    Przewiercić w rurce jedną ściankę 3mm, wstawić do środka kołeczek drewniany z zamontowanymi łożyskami i spasować z otworem, nie mam innego pomysłu jak to zrobić?

    pzdr
    Zbyszek

    Dodano po 4 [godziny] 44 [minuty]:

    A tutaj dla porównania ruchu topowy model oryginalny, wg mnie mój za kilkadziesiąt złotych vs ten za ponad 200EURO nie ma co się wstydzić, daje radę ;).

    Oryginał: https://youtu.be/DhFHAEQ5x4c
    Mój prototyp: https://youtu.be/2Qu1mvBWrUM (następny będzie jeszcze lepszy, grubsze rurki optycznie dają dużo lepszy efekt oraz wykonanie musi być lepsze bez wiercenia na wylot)


    pzdr

  • Pomocny post
    #64 10 Paź 2018 21:52
    rb401
    Poziom 33  

    ZbiguZbigu napisał:
    Cześć, dzisiaj spowolniłem wahadło, ogólna uwaga czym wolniej się waha tym fajniej wg mnie.


    Dla mnie też Twoje wahadło subiektywnie wydawało się zbyt "nerwowe" w porównaniu z pokazanym w pierwszym poście. Przez równoczesne puszczenie filmików Twojego i tamtego, wydawało mi się że gdzieś ze dwa razy szybszy jest ten Twój.
    Dlatego uważam że idziesz w dobrym kierunku.


    ZbiguZbigu napisał:
    Jutro zaczynam budowę drugiego egzemplarza który będzie jeszcze wolniejszy ale na grubszych rurkach , moim zdaniem ten obecny ma za cienkie rurki fi 8mm (10mm ze ścianką). Mam już rurkę 10mm (12mm ze ścianką) i taką użyję).


    Ten sposób na spowolnienie wahadła (pogrubienie rurek) jednak wygląda na mało skuteczny.

    Spójrz na wzór na okres wahadła fizycznego, bo on jest tu niezwykle ważny:

    Sterowanie impulsem magnetycznym w wahadle kinetycznym

    gdzie:
    I - moment bezwładności wahadła,
    m - masa,
    l - odległość osi obrotu od środka masy wahadła,
    g - wiadomo.

    Czyli jeśli oczekujemy większej "dostojności", to musimy sprawić by te całe wyrażenie było jak największe.
    W tych ostatnich Twoich działaniach, które opisałeś, zmieniłeś wyważenie czyli zadziałałeś tylko na czynnik l (małe l) zmniejszając go. Ale ogólnie jest tu pewna granica praktyczna, bo nie można zmniejszać dowolnie l z powodu tego, że potrzebny jest pewien moment siły sprowadzający wahadło do położenia równowagi. A wartość tego momentu musi być zdecydowanie większa niż np. opory łożysk.

    Czyli w walce o większy okres wahadła, zostają nam czynniki m i I.

    I teraz przejdę do sedna, czyli pokażę że zwiększanie grubości rurek nie jest za dobrym pomysłem.

    Mamy taki wzór na moment bezwładności jednorodnego pręta przy zaniedbaniu jego grubości (nieistotne dla rozważań tutaj, jest także że pręt jest złapany za koniec, bo w istocie Twoje wahadła będą złożeniem dwóch takich i będą się różniły czynnikiem stałym):
    Sterowanie impulsem magnetycznym w wahadle kinetycznym

    No i teraz gdy podstawimy ten wzór w miejsce I (momentu bezwładności) we wzorze na okres, to masa z licznika i mianownika wyrażenia pod pierwiastkiem się "skróci".
    Widzimy że okres wahadła wykonanego z jednorodnego pręta zupełnie nie zależy od masy pręta a jedynie wyraża go stosunek L^2/l.
    Czyli nadal pozostaje tylko l (małe l) czyli wyważenie, z jego ograniczeniami, lub zwiększenie długości wahadła (L), co znów nie jest praktyczne.

    Ale jest inne wyjście.
    Skoro jednolity pręt ma moment bezwładności ściśle proporcjonalny do swojej masy i zmianą jego masy nic nie zdziałamy, to warto odejść od użycia pręta jednorodnego.
    Czyli przykładowo. Wahadło z lekkiego materiału np. cienkościennej rurki, tak tylko by uzyskać wymaganą sztywność a na końcach tej rurki skupiona masa, powiedzmy ciężarki ołowiane. Tą drogą, przy porównywalnej masie wahadło uzyska zdecydowanie dużo większe I w stosunku do masy, niż pręt jednorodny.

  • #65 10 Paź 2018 22:16
    ZbiguZbigu
    Poziom 9  

    Bardzo Ci dziękuję za cenne uwagi. Na pewno pomogą mi w lepszym wyważeniu przyszłego wahadła. Ja nie używam prętów jednorodnych tylko rurki aluminiowe. Masa jest na końcach w postaci magnesów. Ogólnie to właściwie idę Twoja ścieżką tylko sam empirycznie do tego dochodzę, wyważanie tego wahadła to istna męka. Wystarczy zmieniać wagę o setne części grama i już widać zmianę rytmu i zachowania się wahadła. Tutaj mamy jeszcze zmienne z układu napędowego, oddziaływania magnetyczne etc. Ogólnie to jest multum zmiennych.


    Czasami już wydawało mi się że wahadło idzie idealnie a po 30-40 minutach wpadało w jakiś dziwny stan ustalony i klops.


    Grubsze rurki będą ładniejsze w formie, może uda się zachować wolny charakter ruchu "majestatyczny" jak to ładnie ująłeś.


    Zamówiłem nowe łożyska jak tylko przyjdą to zacznę nowy stelaż. Zmierzyłem oryginał z filmu i wymiary są zachowane. Ich jest w kilku wersjach gabarytowych, mniejszy chyba też z rurek 10mm a większy fi 8mm jak mój obecny.
    Ja popełniłem kilka kardynalnych błędów i nie mogę już tego cofnąć bo np. wsunąłem magnesy ciasno do środka i nie mogłem ich już wydobyć żeby podmienić na lżejsze. W ten sposób niepotrzebnie napompowałem masę wahadła.

    Masa tu ma znaczenie jedynie dla napędu który musi być odpowiednio zestrojony dając odpowiedni moment dla wahadła.

    Założenia na kolejny model:

    1. wolny majestatyczny ruch
    2. grubsze rurki
    3. minimum magnesów żeby nie zwiększać masy
    4. ten sam układ napędowy, jest ok na tranzystorze Mosfet i 12V zasilaczu impulsowym
    5. wielkość wahadła - większa 120% obecnej (jednak 2x to zbyt wiele)
    6. lepsze wykonanie , nie wiercić rurek na wylot, zamiast tego łożyska w kołkach drewnianych wsunięte w rurki i w rurkach tylko 3mm otwory na oski mosiężne.


    Jeszcze raz Ci dziękuję bardzo za rzeczowe podejście do tematu. Zafascynowało mnie to wahadełko i chce wykonać idealny model, mój model na jednej nodze oczywiście. Powinien chodzić lepiej niż oryginał ;).

    Dodano po 7 [minuty]:

    Jeszcze jedna uwaga w kontekście tego o czym pisałeś, że moje wahadło jest ciągle szybsze od tamtego.

    Zgoda ale tamto jest dwa razy większe ;). W zasadzie należy moje porównać do wersji desktop toy i tu widać, że dla tych samych wymiarów jest wolniejsze. Spodziewam się, że gdybym zrobił takie duże jak to w ostatnim filmie do porównania to moje mogło by być nawet wolniejsze zgodnie z Twoimi wzorami i odległością od osi obrotu, centrum masy (tu się prawie pokrywa)

  • #66 10 Paź 2018 23:15
    rb401
    Poziom 33  

    ZbiguZbigu napisał:
    Ja nie używam prętów jednorodnych tylko rurki aluminiowe.

    Czy to pręt czy cienka rurka to nieistotne do potrzeb tych tutaj rozważań opartych na tych wzorach. Bo tu nie musimy nic dokładnie liczyć ale tylko wyczytać ze wzorów zależności, to co jest istotne.



    ZbiguZbigu napisał:
    wyważanie tego wahadła to istna męka. Wystarczy zmieniać wagę o setne części grama i już widać zmianę rytmu i zachowania się wahadła.


    Patrząc na ten pierwszy wzór, to pewno operujesz na bardzo małych wartościach parametru l (małe l), rzędu pojedynczych milimetrów i stąd ten problem.
    Zauważ że jeśli w pierwszym wzorze istotnie zwiększysz parametr I (nie zmieniając istotnie masy, czyli np. ciężarki ołowiane na końcach lekkich rurek), to zmniejszy Ci się wrażliwość na parametr l. Teoretycznie moment bezwładności masy skupionej na jakimś konkretnym promieniu jest trzy razy większy od jednorodnego pręta o tej samej długości i masie. Praktycznie do tych trzech nie dojdziesz ale już co najmniej dwa razy zwiększony moment bezwładności może być atrakcyjny.
    Same magnesy akurat mogą być zbyt lekkie (mały ciężar właściwy) w tym zastosowaniu by istotnie zwiększyć I.

    ZbiguZbigu napisał:
    Czasami już wydawało mi się że wahadło idzie idealnie a po 30-40 minutach wpadało w jakiś dziwny stan ustalony i klops.


    No ale analiza tego zachowania tu już sprawa skomplikowanych wyliczeń gdzie już trzeba użyć konkretnych wartości.
    W internecie są np. symulacje podwójnych wahadeł (co prawda nie takich dokładnie jak robisz), gdzie widać wyraźnie że przy pewnych zestawach parametrów (masy, długości itp.), zachowanie może być bardzo mało efektowne a przy innych za to widowiskowe.

  • #67 10 Paź 2018 23:24
    ZbiguZbigu
    Poziom 9  

    Zgoda, zwiększenie bezwładności jest kluczem oraz zwiększenie wymiarów. No jeszcze elektronika musi to dźwignąć i rozbujać odpowiednio. Zobaczymy co wyjdzie, jednak zrobię to duże wahadło takie jak ich za ponad 400 EURO:
    http://www.the-swinging-sticks.com/epages/642...B/?ObjectPath=/Shops/64291632/Products/TSSGMB

    Wziąłem fotkę i wrzuciłem do CAD i zwymiarowałem a następnie z proporcji wyliczyłem z grubsza wymiary w realu. Oni podali, że rozpiętość w ruchu bez podstawy to 810mm.

    Dla tych wymiarów należy po przeskalowaniu zrobić taki model:

    długie ramię 559,6363636 mm

    krótkie ramię 427,0909091mm


    Ośka od krawedzi w mm

    dla długiego ramienia ta ośka od stelaża: 166,4977091 mm

    dla krótkiego ramienia ośka łącząca z długim ramieniem: 176,7272727mm

    Zrobię ten duży model na grubszych rurkach 10mm i zobaczymy jak będzie działać. Akurat z 1m rurki wyjdzie ten model.

  • #68 10 Paź 2018 23:41
    _jta_
    Specjalista elektronik

    A ja proponuję sprawdzenie, jak tarcie w łożyskach zależy od ciężaru wahadła. Do tego przydałaby się możliwość obracania zamocowania osi wokół tej osi - obracać trzeba bardzo powoli, i sprawdzać, jak daleko daje się w ten sposób odchylić wahadło od położenia równowagi. Ponieważ nie wiadomo, gdzie jest to położenie równowagi, trzeba obracać raz w jedną, raz w drugą stronę. Potem trzeba obciążyć wahadło tak, by nie zmienić położenia środka ciężkości, i powtórzyć próby z odchylaniem. Im mniejsze tarcie, tym mniej wahadło daje się odchylić. Spodziewam się, że przy małym ciężarze tarcie będzie rosło wolniej, niż ciężar, przy nieco większym proporcjonalnie do ciężaru - a to by oznacza, że nieco cięższe wahadło będzie mogło wahać się wolniej, ale dalszy wzrost ciężaru już nic nie da. Jakkolwiek im cięższe, tym silniejszego "kopa" będzie potrzebowało...

  • #69 11 Paź 2018 17:15
    ZbiguZbigu
    Poziom 9  

    Cześć, dzisiaj próbowałem spowolnić wahadło.

    Oto wyniki https://youtu.be/4PI0qwClkrA

    Ogólne uwagi dla przyszłych konstruktorów:

    1. Nie przesadzać z masą wahadła. okazuje się, że dokładanie masy na końcach powoduje rozbieganie się wahadła lub wpadanie w stany ustalone, poza tym im większa masa tym trudniej skalibrować i tym większe opóźnienia w wynikach. Można powiedzieć, że trzeba dojść do takiej masy która jest jak najmniejsza a zarazem daje dobry ruch wahadła, wolny i urozmaicony.
    2. Warto zacząć od zrównoważenia wahadła do stany idealnego balansu i dopiero od tego stanu zacząć manipulacje z waga poszczególnych końców. Tak naprawdę ustalamy trzy miejsca: Koniec długiego ramienia , tam jest magnes wchodzący w interakcję z cewką, koniec krótszy krótszego ramienia tam też jest magnes a raczej powinien być w środku odległości, wchodzi on w interakcję z magnesem umieszczonym wewnątrz krótszego ramienia dłuższej rurki. To powoduje kołowrotki krótszej rurki, bez tej pary magnesów to się nie uda. W oryginale też tak jest.
    3. Ja kalibruję masę w ten sposób, że mam nakrętkę i śrubkę wewnątrz rurki i odkręcam lub dokręcam śrubkę przesuwając masę do lub od osi obrotu.
    Jak kalibrowac magnesami?
    Mój sposób jest taki, że ustawiam najpierw krótsze ramię horyzontalnie i sprawdzam, czy jest lekkie przeważenie dłuższej strony wtedy też sprawdzam, czy krótsze ramie krótszej rurki lekko odpycha się z krótszym ramieniem dłuższej rurki (w obydwu sa małe magnesy) to bardzo ważne. Kolejnym etapem jest doważenie końca dłuższej rurki przy cewce w taki sposób aby wahadło lekko przeważało na korzyść długiej rurki w pozycji horyzontalnej w każdym położeniu krótszej rurki. Gdy to już mamy zrobione to puszczamy nasze wahadło i po kilku minutach korygujemy masy np. wspomnianą śrubką lub inną metodą. ważne żeby na raz zmieniac jedną masę, notowac sobie nastawy i tak do skutku aż będziemy zadowoleni. Z mojego obecnego wahadła już nie wycisnę nic więcej bo tak jak wspomniałem wcześniej wcisnąłem magnesy i już tego nie zmienię. W nowym wahadle bedę ostrożniejszy i lepiej zaplanuję kalibrację.

    Miałem taki przypadek, że wahadło chodziło pieknie przez kilka godzin po czym po nocy rano znalazłem je w stanie ustalonym i klops. Teraz już wiem dlaczego firma sprzedająca oryginały testuje je przez 10 dni przed wysyłką do Klienta ;).

    Na razie moge powiedzieć, że nie rozumiem jeszcze tego wahadła i wszystkich zalezności.

    Ostatnia uwaga, najlepszy układ jest ten z tranzystorem Mosfet, prosty i bardzo skuteczny, dobrze jest używac go na 10-11V ja niestety wszedłem na 12.2V i mam go trochę za mocnego i to dlatego rozjechało mi sie wahadło (pierwsze filmy i kolejne), magnesy wcisnąłem przy 10-11V a potem podłączyłem zasilacz 12.2V i klops od nowa kalibracja.

  • #70 11 Paź 2018 18:15
    vodiczka
    Poziom 43  

    ZbiguZbigu napisał:
    Na razie moge powiedzieć, że nie rozumiem jeszcze tego wahadła i wszystkich zalezności.
    Dziękuję za kolejne uwagi dotyczące budowy i za szczere wyznanie, że działa kolega metodą "prób i błędów"
    Sadzę, że dobra znajomość sztuki budowy wahadeł powinna pozwolić na szybkie złożenie precyzyjnie wykonanych części a budowa powinna zakończyć się strojeniem, podobnie jak stroi się np. instrumenty muzyczne, budowane według pewnego schematu.
    rb401 napisał:
    W internecie są np. symulacje podwójnych wahadeł (co prawda nie takich dokładnie jak robisz), gdzie widać wyraźnie...
    Czy może kolega wrzucić linki?

  • #71 11 Paź 2018 21:53
    ZbiguZbigu
    Poziom 9  

    Cześć,

    nie mogłem wytrzymać i musiałem naprawić wahadło. Uwaga, popełniłem błąd który skutecznie mi psuł krew aż do teraz. Otóż do wyważenia wahadła używałem stalowych prętów wewnątrz rurek oraz śrubek, okazuje się, że w tym projekcie im mniej ferromagnetyków tym lepiej. Teraz użyłem mosiężnych prętów i okazało się, że wahadło ładnie się waha i nie wpada w stany ustalone, poczekam do jutra i rano ocenię temat ale radze każdemu używać do wyważania ołowiu, mosiądzu etc a nie żelaza, stali i innych ferromagnetyków bo zaburzają skutecznie pracę wahadła.

    Teraz jest znacznie ciekawiej, ruch majestatyczny , wolniejszy i ładny. Musze jeszcze dopracować siłę magnesów i ich położenie i będzie extra.

    pozdrawiam,
    Zbyszek

  • #72 12 Paź 2018 02:12
    rb401
    Poziom 33  

    vodiczka napisał:
    Czy może kolega wrzucić linki?


    Ogólnie można szukać po haśle "double pendulum simulation" przykładowo:

    https://www.myphysicslab.com/pendulum/double-pendulum-en.html

    Co prawda tu jest układ wahadeł matematycznych, ale nie zmienia to ogólnej istoty rzeczy. Zmniejsza za to ilość parametrów układu (np. dla wahadła określa się tylko długość i masę). Taka symulacja pozwala na obserwację, jak bardzo charakter ruchu (chaotyczny czy liniowy) zależy od parametrów wahadeł i warunków początkowych (wychylenie).
    Przejście do układów wahadeł fizycznych, czy inne mocowanie mniejszego wahadła, jak tu w tym wątku, to po prostu zwiększenie ilości parametrów samych wahadeł (np. dla fizycznego dochodzi moment bezwładności nie wynikający prosto z masy i długości jak w matematycznym) ale w ogólności zasada jest ta sama.