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

Regulator silnika 24V/5A za pomocą napięcia 0,5-4,5V

arni_ja 29 Maj 2006 18:41 5175 16
  • #1 29 Maj 2006 18:41
    arni_ja
    Poziom 11  

    Witam! Mam do wykonania taki układzik: regulator obrotów silnika prądu stałego 24V/5A za pomocą zewnętrznego napięcia stałego. Na obudowie mają być zaciski do których dołącze napięcie stałe: w zakresie 0-0,5V silnik ma stać w miejscu, od 0,5-4,5V liniowa regulacja obrotów i powyżej 4,5V obroty maksymalne. Wstępnie zaprojektowałem sobie układzik: generator piły podawany na wzmacniacz nieodwracający i dalej na komparator. Daje to regulację PWM na silniku. Po zmontowaniu generatora piły wychodzi przebieg o amplitudzie 1,5V ale ma on kształt "zaokrąglony" - jak uzyskać lepszą liniowość tego przebiegu (odchylenie max 10% od czystej piły)? I czy reszta elementów jest w porządku? Dzięki za odpowiedzi i pozdrawiam.[/url]

    0 16
  • #2 30 Maj 2006 00:08
    Jerzy Węglorz
    Poziom 38  

    Komplikujesz sobie życie ...
    Ja bym spróbował zrobić to na 555, na wyjściu masz prostokąt, którego wypełnienie zależy od progu ustawionego na jednym z 2 komparatorów, które juz są w tej kości.

    0
  • #3 31 Maj 2006 21:22
    arni_ja
    Poziom 11  

    Wiem ze to mozna prościej ale chodzi o to żeby obrotami silnika regulować za pomocą zewnętrznego napięcia podawanego na wejście układu. To nie ma być taki zwykły regulator obrotów że kręcę sobie potencjometrem i w tym wlasnie jest cały problem.

    0
  • #4 01 Cze 2006 06:26
    submariner
    Poziom 32  

    najprosciej to daj wiekszy kondensator c1 a potem jak to nie pomoze to mniejsze rezystory r5 , r6 to decyduje o pile masz troche niskie napiecie zasilania +5v ale przy lm 324 to chyba nie mozna inaczej i chyba nie wiele mozna pokombinowac z praca na innym kawalku krzywej ladowania bo to naladowanie kondensatora powoduje zmiane ksztaltu pily , wiekszy bedzie ciagle niedoladowany ale charakterystyka bedzie bardziej plaska wtedy powinno pomoc pomniejszenie rezystorow.

    0
  • #5 01 Cze 2006 10:06
    Witgol
    Poziom 19  

    Niestety schemat jest błędny. Stopień z układem IC2 nigdy prawidłowo nie zadziała. A w związku z tym dalsze stopnie - IC3, T1,T2 - nie mają już sensu.
    O'k - ale po kolei, bo chciałbym dużo powiedzieć.
    1) rozumiem, że bardzo chcesz uzyskać bardzo liniowy przebieg trójkątny, bo dzięki temu mógłbyś uzyskać bardzo liniową zależność wypełnienia PWM w funkcji napięcia sterującego. Przebieg z generatorka w/g twojego schematu jest oczywiście zbliżony do piły, ale ładowanie pojemności przez rezystor ZAWSZE da przebieg wykładniczy, niezależnie od wartości elementów. Zastosować taki przebieg jako wzorcowy do komparatora napięcia oczywiście można, licząc się z nieco nieliniową charakterystyką współczynnika wypełnienia w funkcji napięcia zewnętrznego. Tylko czy aby na pewno jest potrzeba takiej liniowości? (o tym za chwilę)
    2) rozumiem, że docelowym zamierzeniem jest liniowa regulacja obrotów silnika w funkcji sterującego napięcia stałego. NIESTETY. trzeba sobie zdać sprawę, że regulacja bezpośrednio wartością napięcia na silniku (i to niezależnie czy napięcie to jest w rzeczywistości stałe - DC, czy tylko jego wartość średnia przebiegu sterującego PWM jest stała) nie daje możliwości dokładnego kontrolowania obrotów silnika. Samo utrzymywanie na stałej (jakiejś tam) wartości napięcia zasilania silnika nie wystarczy, aby zapewnić stałość obrotów. Będą one zależały niestety bardzo mocno od chwilowego obciążenia wału silnika. Łatwo to zaobserwować, podając np. stałe napięcia na silnik (np. stałe 12V na silnik 24V) i dołożyć różne obciążenie na wałek. Oczywiście zauważyć można, że pomimo tego, że napięcie jest absolutnie stałe (12V) to obroty będą się zmieniały w funkcji obciążenia.
    I tutaj uwaga: nawet na nieobciążonym silniku opory ruchu są zależne od prędkości obrotowej i proste sterowanie napięciem zasilania też nie da liniowości funkcji napięcie-obroty.
    3) Mogę tobie narysować bardzo prosty układ, gdzie uzyskasz bardzo liniową piłę i w konsekwencji: bardzo liniową zależność współczynnika wypełnienia sygnału PWB od napięcia. Tylko nigdy nie zapewni to liniowości obrotów w funkcji napięcia sterującego.
    4) jeżeli jednak nie zależy aż tak bardzo na liniowości sterowania PWM-em, to błędy spowodowane tym, że z takiego prostego generatorka przebieg piłokształtny jest nieco zniekształcony, nie będzie miał znaczącego wpływu. Nieliniowość spowodowania nie idealnym trójkątem "utonie" w pozostałych błędach regulacji prędkości obrotowej.
    5) jeśli jednak zależność liniowości jest absolutnie konieczna, to układ musi wyglądać inaczej. Niepotrzebny jest wówczas generator napięcia piły, bo sygnałem odniesienia musi być bezpośrednio prędkość obrotowa silnika, zamieniona na napięcie. Co prawda wówczas uzyskać możesz prawie idealną liniowość: obroty silnika w funkcji napięcia sterującego, ale nie można wówczas mówić o jakiejkolwiek liniowej zależności przebiegu PWM od innych parametrów (ale chyba wówczas nie jest to w ogóle konieczne).

    Podsumowując:
    -mogę ci narysować układ sterowania przebiegiem PWM bardzo liniowym w funkcji napięcia sterującego; układzik może być prosty, niewiele modyfikując twój pierwotny schemat. Ale na pewno nie zapewni to linowego sterowania obrotami!
    -warunek liniowej regulacji obrotów wymaga zmiany koncepcji sterowania (choć nie aż tak bardzo skomplikowanej!) i co prawda pozostaje układ wyjściowy sterowania silnikiem sygnałem PWM, ale regulacja jest: napięcie sterujące -> obroty silnika, a nie napięcie sterujące -> sygnał PWM. Znika wówczas generatorek piły, a założyć trzeba czujnik obrotów silnika na wale (albo optyczny albo hallotronowy-magnetyczny)
    Zdecyduj, które rozwiązanie cię interesuje, bo to zasadnicza różnica w schematach elektronicznych.
    Pozdrawiam

    0
  • #6 01 Cze 2006 22:30
    cyberdar
    Poziom 31  

    Witam

    Pewnie wielu mnie za to zbeszta ale co tam. Dajesz sobie jakiś uC z przetwornikiem A/C. W programie ustalisz sobie jak ma przebiegac regulacja. Jakie progi regulacji, itd.

    --
    pozdrawiam

    0
  • #7 01 Cze 2006 23:05
    Witgol
    Poziom 19  

    Ależ NIKT nie powinien tu nikogo besztać - to jest przecież forum do wymiany własnych opini i przecież nikt nie musi się z nimi zgadzać...
    Co prawda technika procesorowa wdziera sie już wszędzie, i dzięki szokująco niskim cenom niektórych procesorów czasami nie warto bawić się w układy dyskretne, ale... technika te wymaga "nieco" wiekszego rozeznania. Nie wszyscy chcą i mogą swobodnie poruszać się np. w oprogramowaniu. Tak samo, jak nie każdy musi znać dokładnie i w najdrobniejszych szczegółach np. protokoły znajdowania AP i nawiązywania połączenia stosowane w sieciach WLAN i techniki spread-spectrum w zakresach gigaherców... lub też znać dokładnie jak wyglądają stosy komunikacyjne nawiazywania połączenia w protokołach IRDA i uruchamianie usługi IRCOM...
    Dlatego tak ważna jest (oczywiście moim zadaniem) pomoc tym, którzy sami nie mogą (nie potrafią lub nie chcą) wkroczyć w świat procesorów.
    Pamiętajmy jedak, że coraz więcej jest elektroników trochę "ułomnych", którzy potrafią stworzyć i oprogramować zaawansowane systemy procesorowe, a nie potrafią poradzić sobie z prostymi obwodami interfejsów analogowych, kiedy wchodzą w świat 24-bitowych rozdzielczości przetwarzania A/D...
    Sorry, zbyt dużo piszę...
    Pozdrawiam i już milczę!

    0
  • Pomocny post
    #8 05 Cze 2006 12:46
    Witgol
    Poziom 19  

    Mam chwilę czasu, żeby odpowiedzieć
    Poniżej proponowane modyfikacja schematu. Absolutnie nic nowatorskiego.
    Uwaga: Założenie podstawowe: wszystkie wzmacniacze operacyjne są typu rail-to-rail aby układ mógł w ogóle działać!
    Układ U1 pełni rolę komparatora z histerezą. Progi przełączania ustawione są na 0.5V oraz 4.5 V. O progach decydują oporniki R1 i R2.
    Układ U2 jest układem całkującym. Napięcie na wyjściu (pin 1 układu U2) to przebieg piłokształtny, o liniowych zboczach. Progi ustalone w komparatorze na U1 decydują o zakresie napięć, między którymi przebieg trójkątny będzie sie zawierał.
    Układ U3 to komparator przebiegu piłokształtnego z napięciem wejściowym. Na wyjściu otrzymujemy przebieg prostokątny PWM o wypełnieniu liniowo proporcjonalnym do napięcia sterującego.
    Dla napięcia wejściowego 0 - 0.5V przebieg piłokształtny ma zawsze wyższy poziom i wyjście pozostaje w stanie niskim.
    Dla napięć z zakresy 0.5 - 4.5V na wyjściu jest przebieg PWM o współczynniku wypełnienia zmiennym od 0% do 100%.
    Powyżej 4,5V przebieg piłokształtny ma zawsze niższy poziom od napięcia sterującego i na wyjściu jest juz zawsze stan wysoki.
    W związku z tym, że tranzystory MOSFET mocy mają dosyć duże pojemności bramki, to do szybkiego jej przeładowywania potrzebna jest spora wydajność prądowa.
    W pierwotnym układzie przeładowywanie pojemności bramki było za pomocą opornika 560 Ohm, a więc maks. prąd to zaledwie niecałe 9mA i to na początku. Wydajność prądowa wyjściowa wzm. operacyjnego na moim schemacie to ok. 16-20mA, więc już znacznie lepiej byłoby połączyć bezpośrednio wyjście operacyjnego z bramką.
    Tu jednak, aby jeszcze bardziej przyspieszyć przełądowywanie bramki zaproponowałem wtórniki emiterowe. Chwilowa wydajność może osiągnąć nawet ponad 100mA! (zależy od zastosowanych tranzystorów). Uwaga - ponownie zwracam uwagą na konieczność zastosowania operacyjnych rail-to-rail, bo MOSFET może nie zostać prawidłowo załączony!
    Symbol wpisany przy operacyjnych to oczywiście nie jedyny wzm. rail-to-rail. Po prostu taki używam (osiągalny np. w ofercie ELFA).


    No i przypominam: liniowa zależność wypełnienia sygnału PWM od napięcia sterującego WCALE nie gwarantuje liniowości regulacji obrotów.
    No i oczywiście zaproponowany układ generatora liniowego przebiego piłokształtnego nie jest wcale jedynym rozwiązaniem.

    Tu mała dygresja:
    Symetria przebiegu w ogóle nie wpływa na liniowość sterowania przebiegiem PWM! Może to być też np. sygnał piłozębny! I wszystko będzie ok. Jak go zrobić? Jeszcze prościej niż tutaj: układ NE555 wraz ze źródłem prądowym na pojedynczym tranzystorze w obwodzie ładowania kondensatora zamiast opornika. I już mamy na kondensatorze piękny przebieg piłozębny o liniowym zboczu narastającym. A dlaczego akurat takiego ukłądu nie narysowałem? Tu odpowiedź też prosta: przebieg piłozębny dla 555 zawierać sie będzie w zakresie napięć od 1/3 do 2/3 napięcia zasilania. A więc trzebaby dorobić dodatkowo układy dopasowujące odpowiednio amplitudy przebiegu do napięcia sterującego albo odwtornie.

    Wystarczy tego pisania. Jak coś nie jest jasne, służę pomocą i wyjaśnieniem.
    Pozdrawiam

    0
  • #9 05 Cze 2006 12:50
    Witgol
    Poziom 19  

    Acha: jeszcze jedna dygresja:
    Można dorobić małą histerezę i przyspieszenie przełączania dla układu U3.
    Kondensator C5 zmniejszyć do ok. 100pF i podłączyć go nie do masy, ale do wyjścia U3 - pin1. W ten sposób pozbędziemy sie ew. oscylacji przy przełączaniu.
    Pozdrawiam

    0
  • #10 09 Mar 2007 23:42
    Eryk1000
    Poziom 17  

    Witam

    Fajny schematcik w opisie chyba jednak wkradł sie błąd czy czasem progów napięcia sterującego nie ustawia się na R4 i R5 ? Jeszcze jedno moje pytanie co daje nam kondensator C2 ? podpięty pod te oporniki ? Z góry dzięki za wyjaśnienie Pozdrawiam

    0
  • #11 12 Mar 2007 08:53
    Witgol
    Poziom 19  

    Hmmm...
    Po kolei. Musimy generować przebieg piłokształtny zawierający się pomiędzy dwoma określonymi napięciami (tutaj: 0.5V - 4.5V).
    Najpierw: zauważ, że zmiana tylko oporników w dzielniku R4/R5 powoduje zmianę napięcia - ale dotyczy to potencjału odniesienia dla wzm. operacyjnego U1 i U2, a nie bezpośrednio napięć dla przebiegu z generatora. A regulować chcielibyśmy aż dwa napięcia i to niezależnie: górne i dolne napięcie przełączania dla generatora.
    Ale - bardzo słusznie zauważyłeś, że napięcie to ma pośrednio wpływ na regulację tych napięć. Chociaż typowo dla łatwego uruchamiania generatora zazwyczaj przyjmuje sie po prostu dzielnik napięcia dający potencjał połowy zasilania.
    Dalej: trzeba zauważyć, że układ U1 jest komparatorem z silnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym - co powoduje, że otrzymamy komparator z histerezą. Ale progi histrezy definiuje kilka rzeczy.
    W rzeczywistości - aby można było mówić o pełnej i dowolnej regulacji napięć (progów) przełączania: górnego i dolnego w generatorze piły, musimy mówić o jednoczesnym dobieraniu: napięcia z dzielnika R4/R5 oraz oporników R1 i R2. Niestety, bardzo dokładne określenia obu progów zazwyczaj nie jest tak do końca możliwe, bo bardzo mocno zależy od napięć nasycenia wzmacniaczy operacyjnych. Najprościej i najłatwiej wyliczać progi zakładając, że (dla wzm. typu rail-to-rail) maksymale i minimalne napięcia wyjściowe wzm. op. są równe napięciom zasilania (ale przecież i tak to nie jest prawdą).
    Ufff...Jakby dokładnie przeanalizować sobie przebieg napięć w całym układzie generatora na U1 i U2, to można łatwo znaleźć matemetyczne zależności między: R4, R5, R1, R2, oraz Uzasilania i wyliczyć sobie potrzebne wartości rezystancji. Tak, aby uzyskać wyjściowy przebieg piłokształtny w potrzebnym zakresie napięć od Umin do Umax i to wcale niekoniecznie symetrycznie.
    Co do kondensatora C2.
    Z teoretycznego punktu widzenia nie jest on do niczego potrzebny. Jednak w rzeczywistym układzie warto go zastosować. Dlaczego? Zazwyczaj w dzielnikach napięcia (tak jak tu R4/R5) stosuje się oporniki o większych nieco wartościach - mogą to być nawet setki kiloomów. Dzielnik napięcia będzie spełniał swoją funkcję (o ile tylko nie przeszkadza nam prąd wejściowy polaryzacji wzm. op.) i nie będzie niepotrzebnie zabierał nam prąd z zasilacza. Przykładowo: dzielnik 100kOhm/200kOhm będzie dawał takie samo napięcie jak dzielnik 100Ohm/200Ohm - tylko po co "zjadać" tyle prądu na dzielniku?
    O'k - ale duże wartości oporności dzielnika to dosyć spory kłopot w niektórych aplikacjach. Oto w środowisku, gdzie jesteśmy, jest sporo różnych zakłóceń i pól elektromagnetycznych. Łatwo się o tym przekonać - jak mamy wzmacnicz akustyczny, to wystarczy do jego wejścia np. gramofonowego podłączyć np. metrowy (nieekranowany) kabelek, który dalej nigdzie nie podłączymy. I co? Oto wzmacniacz oszaleje - napięcia, które zaindukują się w tej "mini" antence będą wzmocnione i dadzą niezły brrum w głośnikach. Wniosek - zakłócenia łatwo wnikają do różnych kabelków itp. A jak jeszcze dotkniemy palcem tego kabelka..... a przecież nie jesteśmy jakimś generatorem i nie generujemy napięć, prawda?
    Zakłócenia wnikają do układów elektronicznych tym łatwiej, im "mniej" ekranowany jest układ, im większą rezystancję sobą reprezentuje i im dłuższe są ścieżki w obwodzie drukowanym.
    Kończąc ten zbyt długi wywód - nie znając rozkładu ścieżek lepiej zablokować pojemnością punkty, w których stałość napięcia jest podstawowa dla funkcjonowania układu. Aby to łatwo sobie wytłumaczyć, wystarczy usunąć z obwodu pojemność C2 oraz zwiększyć (na przykład dziesięciokrotnie) wartości oporników w tym dzielniku. Teoretycznie oczywiście nic nie powinno się zmienić i układ powinien w dalszym ciągu prawidłowo działać. Stosunek oporników w dzielniku wyznacza takie samo napięcie, generator "na stole" musi pracować tak samo, jak przed modyfikacjami. Ale spróbujcie "przez przypadek" dotknąć palcem punktu połączenia R4 i R5 - obserwująć na oscyloskopie przebieg na wyjściu generatora. No i co? Już wiadomo po co jest C2?

    Przepraszam, że tak długo. Wiem, że nie zawsze chce się czytać takie monologi...
    Pozdrawiam więc wszystkich cierpliwych... i niecierpliwych też.
    Witgol

    0
  • #12 31 Mar 2007 14:13
    Prepond
    Poziom 19  

    Mam podobny problem z tym że silnik jest na 36V, mam nim sterować w lewo i w prawo z różnymi prędkościami. Sterowanie za pomocą napięcia +10 V i -10V czyli dla -10 V kręci się z maksymalną prędkością w lewo w zerze stoi a przy +10V kręci się z maksymalną prędkościa w prawo. Mogę prosić o pomoc? Nie jestem elektronikiem a muszę wykonać coś takiego.

    0
  • #13 03 Kwi 2007 09:24
    Witgol
    Poziom 19  

    ...a na dokładkę pewnie jeszcze obroty muszą być dokładne liniową funkcją napięcia....
    Przykro mi... Jeśli nie jesteś w ogóle elektronikiem, to zagadnienie to nie jest rozwiązywalne w prosty sposób.
    Po pierwsze - niestety - jeżeli potrzebne jest sterowanie obrotami linowo w funkcji napięcia, to potrzeba jakiegokolwiek czujnika obrotów.
    Po drugie - sterowanie bez sprzęzenia zwrotnego (bez czujnika obrotów) nie zapewni jednakowych obrotów w prawo i w lewo (bo silnik sterowany napięciowo wcale nie zachowuje się absolutnie tak samo w obu kierunkach - podobnie, ale jednak...)
    Po trzecie - układ bez czujnika obrotów na pewno nie zapewni jednakowych i stabilnych obrotów w funkcji np. zmiennego obciążenia - a więc brak będzie jakiejkolwiek powtarzalności obrotów w funkcji napięcia sterującego
    Po czwarte - budowa układu ze sprzęzeniem zwrotnym to nieco bardziej rozbudowana sprawa (chociaż - przy pewnych mocnych uproszczeniach wcale nie taka trudna i WCALE nie wymaga aż tyle wysiłku, jakby się można było spodziewać, jednak dla nie-elektronika to może być bariera nie do pokonania...)
    Po piąte - sterowanie staje się BARDZO trudne w pobliżu zera obrotów; trudno jest zapewnić stabilną prędkość obrotową równą np. 1 obrót na 10 sekund bez rozbudowanch układów kontroli i sterowania, zakładając jednocześnie szeroki dopuszczalny zakres obciążeń na wale silnika ... (sorry, że aż tak "obrazowo" to przedstawiam, ale dla prostych układów i zwykłych komutatorowych silników DC bez przekładni w ogóle nie da się uzystkać tak niskich, stabilnych i płynnych obrotów, zakładając jak najmniej rozbudowane układy elektroniczne).
    No cóż... przynajmniej ja nie mogę pomóc, bo wymaga to jednak pewnej minimalnej wiedzy elektronicznej, chociażby o wzmacniaczach operacyjnych i technice regulacji...
    Pozdrawiam

    1
  • #15 21 Maj 2007 20:58
    Witgol
    Poziom 19  

    Wszystkie punktu oznaczone 5V są połączone ze sobą i jednocześnie podłączone do 5V - tzn. do zasilania
    Pozdrawiam

    0
  • #16 23 Lip 2007 16:57
    Grabek1985
    Poziom 10  

    Witam. Mam podobny problem tyle ze napiecie sterowania ukladem 0-10V i uklad moze byc zasialny 24(12)V. Pomoze ktos??? Ps. Bez udziwnien , najlepiej naprostrzy ukladzik.

    0
  • #17 24 Lip 2007 19:02
    Prepond
    Poziom 19  

    Witam,
    Zrobiłem taką inżynierke, we wrześniu bronie więc jestem w temacie, odezwij się na GG 3703209

    0
  Szukaj w 5mln produktów