Analogowy sterownik dwóch silników DC

[Marekk]

Analogowy sterownik dwóch silników DC

Układ przeznaczony do sterowania pracą 2 silników prądu stałego napędzających oddzielnie prawą i lewą gąsienice lub oddzielnie prawe i lewe koło napędowe. Konstruktorom, którzy zbudowali platformę mechaniczną układ pozwoli na przetestowanie jej możliwości bez konieczności budowy i programowania układu mikroprocesorowego.

Założenia konstrukcyjne:

-Sterowanie przy pomocy joysticka analogowego

-Prędkość silników proporcjonalna do wychylenia drążka

-Przechylenie joysticka w prawo (lewo) powoduje obrót pojazdu w prawo (lewo) w miejscu

-Całkowite zatrzymanie w pozycji neutralnej joysticka

-Sygnalizacja wysterowania poprzez zmiany jasności diod LED

-Sygnalizacja maksymalnej prędkości każdego silnika (w obu kierunkach)

-Możliwość włączenia 2 biegu (silnik wycieraczek) tylko po uprzednim osiągnięciu maksymalnej prędkości obu silników do przodu

-Automatyczna redukcja biegu, jeśli joystick odchyli się od pozycji „cała naprzód”

-Łagodne zmiany prędkości niezależnie od gwałtownych ruchów joystickiem

-Modulacja szerokości impulsu PWM (lepsza sprawność)

-2 Mostki H do zmiany kierunku obrotów

Układ sterownika zawiera:

-Joystick analogowy (P1, P2)

-Sumator napięć (R5, R6, R7, R8) wraz z U1A odwracającym polaryzację

-Układ łagodnej zmiany prędkości (C1, C2)

-Układów U1B, U1C odwracających polaryzacje

-Generatora napięcia piłokształtnego (U1D)

-Komparatorów (U2A, U2B, U2C, U2D)

-Sygnalizacji współczynnika wypełnienia (LED1...LED4) zarazem sygnalizacja kierunku

-Sygnalizacja osiągnięcia maksymalnego napięcia zasilającego silnik (T1...T8, LED5...LED8)

-Układ załączania biegu drugiego (T9...T11, przekaźnik)

-Mostek H silnika 1 (T12, T13, T16...T19)

-Mostek H silnika 2 (T14, T15, T20...T23)

Opis układu:

Mostek H (pierwszy) sterowany jest sygnałem z regulowanym współczynnikiem wypełnienia pochodzącym z wyjścia U2A albo z wyjścia U2B. Impulsy nie mogą występować jednocześnie na obu wyjściach, gdyż spowoduje to zwarcie. Impulsy z U2A (zasilają również LED1, która świeci tym jaśniej im większy współczynnik wypełnienia impulsu) otwierają T12, który otwiera T16 i T 19. Na silniku pierwszym pojawia się impulsowe napięcie 12 V „+” na lewej a „-” na prawej (wg schematu) szczotce silnika (obroty prawe). T17 i T18 nie mogą przewodzić, gdyż spowoduje to zwarcie. Analogicznie Impulsy z U2B (zasilają również LED2) otwierają T13, który otwiera T17 i T 18. Na silniku pierwszym pojawia się impulsowe napięcie 12 V „+” na prawej a „-” na lewej (wg schematu) szczotce silnika (obroty lewe). T16 i T19 nie mogą przewodzić. Zasada działania drugiego mostka H jest identyczna.

Za wysterowanie mostka H odpowiadają komparatory oraz generator przebiegu piłokształtnego. Generator na U1D wytwarza napięcie zmieniające się od 4,5 do 7,5 V. Podawane jest ono na wejścia odwracające wszystkich komparatorów. Zatem dodatnie impulsy na wyjściu komparatora pojawiają się, jeśli napięcie na jego wejściu nieodwracającym będzie większe niż 4,5 V, a jeśli będzie większe niż 7,5V, to na wyjściu komparatora ciągle będzie napięcie bliskie zasilającemu, co spowoduje pełne wysterowanie podłączonej gałęzi mostka H, czyli maksymalne obroty w danym kierunku. Napięcie poniżej 4,5 V nie powoduje powstawania impulsów PWM.

Układ U1B (oraz U1C dla drugiego silnika) zamienia napięcie przychodzące w ten sposób, ze im wyższe napięcie na wejściu, tym niższe na wyjściu. Dla 4,5 V napięcie na wejściu i wyjściu są jednakowe, (Taki efekt da zastosowanie podwójnego potencjometru i podłączenie końcówek jednego do „+” i masy, a drogiego do masy i do „+”. Dlatego tez w zależności od napięcia na C1 (C2) przy napięciach > 4,5 V impulsy PWM wysyła komparator U2A (U2C), a przy napięciach < 4,5 V impulsy PWM wysyła komparator U2B (U2D). Dla napięć bliskich 4,5 V brak jest impulsów – silnik nie obraca się, Im napięcie bliższe zeru, tym wyższe obroty silnika „w prawo”. Im napięcie bliższe napięciu zasilania, tym wyższe obroty silnika „w lewo”.

W zasadzie można już podłączyć suwaki potencjometrów P1 (P2) do kondensatorów C1 (C2). Sterowanie odbywać się będzie niezależnie – każdy silnik swoim potencjometrem. Aby wykorzystać do sterowania joystick analogowy, zastosowane jest sumowanie napięć z suwaków P1 i P2 z użyciem R5, R6, R7, R8. Ponieważ potrzebne jest odwrócone napięcie z P2, pobierane jest ono z wyjścia U1A, działającego identycznie jak U1B i U1C.

Dzięki temu potencjometr P1 (joystick góra/dol) powoduje ruch obu silników Przód/tył. Potencjometr P2 (joystick prawo/lewo) powoduje ruch obu silników w przeciwnych kierunkach. Można zatem płynnie regulować prędkość i kierunek ruchu pojazdu. Wychylenie joysticka prostopadle w prawo (lewo) powoduje obrót pojazdu w miejscu w prawo (lewo).

Dodatkowo przewidziana jest możliwość wykorzystania silników 2 biegowych, jak np. od wycieraczek samochodowych. Tryb „TURBO” to przełączenie przez przekaźnik napięcia zasilania na dodatkowe końcówki silnika zamiast na podstawowe. Włączenie przekaźnika możliwe jest dopiero wtedy, gdy oba silniki zostaną wysterowane maksymalnym napięciem do przodu. Każdy ruch joysticka w inna stronę (skręt) powoduje wyłączenie TURBO. Maksymalne wysterowanie, czyli wypełnienie PWM bliskie 100 % sprawdzane jest przez na wyjściu komparatorów U2A (U2B, U2C, U2D) przez parę tranzystorów T1, T2 (T3-T8) i sygnalizowane zapaleniem LED 5 (LED 6-8). Jasność świecenia LED 1 (LED 2-4) jest proporcjonalna do wysterowania, czyli wypełnienia PWM. D8, D9 i T9 sumują sygnały występujące przy 100% wypełnieniu i umożliwiają, poprzez T10, T11 załączenie przekaźnika TURBO.

Kondensatory C1, C2 zapewniaja powolne zmiany napiecia na wejściach komparatorow niezależnie od gwaltownisci poruszania joystickiem. Zapewnia to plynne zmiany prędkości silnikow a zatem płynność ruchow pojazdu – brak szarpania i gwałtownego hamowania.

Diody D10 – D18 zabezpieczają tranzystory przed indukowanym napięciem.

SterownikPWM.pdf

[Marekk]

Sterownik miał być opisany jako artykuł konkursowy, ewentualnie w EP w Analog Center, jednakże po zbudowaniu układu wyszły usterki:

-Tranzystory bipolarne za bardzo się grzeją.

-Po włączeniu zasilania przez kilka sekund układ generuje fałszywe impulsy

-Brak bezpieczników powoduje palenie tranzystorów przy zasilaniu z akumulatora.

Nowa wersja sterownika zawiera tranzystory MOSFET w mostku H, na których jest mniejszy spadek napięcia. Kondensatory C1 i C2 podzielone na C1A C1B oraz C2A, C2B. Po włączeniu zasilania ładują się one jednocześnie, utrzymując na ich połączeniu około polowy napięcia zasilania, co zapobiega powstawaniu fałszywych impulsów. Każdy mostek H zasilany jest przez bezpiecznik 6,3A

ster2mosfet.pdf

[Xweldog]

Witam

Widzę, że poważnie podchodzisz do kwestii. Nie tylko malujesz schematy ale je praktycznie sprawdzasz. Można jeszcze uprościć. Zrezygnować z T12 / 13 i dać bramki MOS-ów P na krzyż wprost w odpowiednie dreny MOS-ów N. Lub przyjąć inną koncepcję - w danej przekątnej słabsze MOS-y włączać na stałe a kluczować tylko odpowiadające im w przekątnej mocniejsze. Dzięki temu tylko jedne MOS-y będą "podgrzewane" zboczami przełączań.

[Marekk]

Witam.

Przedstawiam wyżej omówiony układ podłączony do dwóch silników od poloneza ( pod płytką) napędzających gąsienice.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Treker (Damian Szymański)]

Marekk, może opiszesz swoją konstrukcje(całego robota) widocznego na fotografii?

[Marekk]

Uklad rzeczywiscie dzlo sie uproscic, Xweldog masz calkowita racje. Obecna wersja zawiera tylko 4 wzmacniacze operacyjne. Do zmiany kierunku zastosowany przekaznik sterowany przez T1 i U1C, - komparator zalaczajacy T1 jesli napiecie z potencjometru jest mniejsze od okolo 2,45V. Zastosowanie przekaznika oprocz zwiekszenia niezawodnosci (chyba) daje zmniejszenie spadku napiecia zasilajacego silnik, upraszcza tez pomiar pradu i napiecia zasilajacego silnik. Takie sterowniki zamierzam wykorzystac do napedu ramienia i chwytaka.

motorPWMrelay.pdf

[Xweldog]

Z oporami przekaźników można się naciąć. Nisko prądowe mają na stykach nawet 100mΩ. Mierzyłem np. popularnego Relpola 16A, miał ok. 9mΩ a w tej samej obudowie i rozstawie pin ale znacznie droższy austryjacki bodajże Schick połowę mniej. Przekaźniki mają nieporównywalnie mniej cykli i z czasem Rstyków zawsze im wzrasta. A np. IRF1405 ma zaledwie ok. 5mΩ i tyle będzie miał do ostatnich swych dni. Do załączenia nie pobiera praktycznie "nic" i można to robić praktycznie nieskończenie wiele razy.

Jeszcze jedno - dla Uz > 18V Power równolegle z R19 trzeba dać zenerkę 18V a w kolektor tr. sterującego dodać R wyliczony zal. od konkretnie stosowanego U.

Układ można uprościć jeszcze bardziej. W miejsce T2 dać MOS-N i nim kluczować silnik. MOS-ów "N" jest znacznie większy wybór a "P" w grę właściwe wchodzi tylko 4905. Styki przekaźnika do +Uz. Wtedy układ będzie uniwersalny, do U Power b.dużego bez potrzeby kombinacji z R / zenerka.

[Marekk]

Na wstepie koledze Xweldog nalezy sie piwo (jak w temacie). O tej zenerce zabezpieczajacej Mosfeta ani bym nie pomyslal. I jakbym zaktycznie podlaczyl 24V na zasilanie , nawarzylbym sobie piwa (jak w temacie). Uklad dzialajacy przy roznych napieciach, potrzebny byl, gdyz mam silniki 12V do gasienic, silniki 24V do ramienia i przerobione serwa 6V w dloniach. A to dlatego, ze nabralem sie na zakup okazyjny jakoby na serwisie "AlleDrogo". Ale jesli dodam koszty przesylki, to zmienia sie kalkulacja. Dlatego zamierzam za niewiele wiecej kupic 12-V silniki w sklepie i nie kombinowac z napieciami.

Potwierdzam , ze wykorzystanie Mosfetow typu P jest korzystniejsze i tansze. Mi jednak zalezalo na pomiarze napiecia wyjsciowego, dlatego kluczuje napieciem dodatnim. Co do pomiaru pradu, to kluczowanie Mosfetami P czy N czy mostkiem H , nie ma znaczenia, R pomiarowy podlacza sie do masy.

A z upraszczaniem niestety przekombinowalem, uklad powinien jednak sterowac dwoma silnikami naraz przy sterowaniu joystickiem. A obecnie mam duze trudnosci ze zginaniem nadgarstka i obracaniem dloni, poniewaz silniki serw powinny pracowac wspolbieznie lub rowno przeciwbieznie.Na razie dziekuje za zainteresowanie, nowy sterownik wkrotce przedstawie.

https://www.youtube.com/watch?v=XntkI8GnIvQ

prezentacja pierwszego sterownika (do silnikow od Poloneza)

[Robotboy]

Wybaczcie ze odgrzebuje tak stary temat ale bardzo mnie zaciekawił. Przestudiowałem go i zastanawiam się jak by przerobić go radiowo bo jednak ten kabel ciągnięty za pojazdem to nie za fajnie i nie za praktycznie wygląda. Z góry dziękuje kolegom za odpowiedz.

[Marekk]

"Wystarczy" zamiast joysticka podlaczyc przetwornik C/A sterowany z modulu odbiorczego. Modul nadajnika podlaczyc do przetwornika A/C a na jego wejscie joystick zasilany +5V.

[Robotboy]

Z jakiego modułu odbiorczego?

[szimon]

Mógłbyś użyć przetwornika z serii AD5300. Z noty katalogowej wynika, że obsługuje interfejs SPI. Mógłbyś wtedy użyć modułu RFM12, obsługującego SPI. Tyle, że moduł jest dwukierunkowy, więc byłby to pewnego rodzaju przerost formy nad treścią. Poza tym są tańsze moduły radiowe. Mógłbyś użyć modułów HM-T868S i HM-R868S, które są jednokierunkowe. Wtedy można by na przykład wysyłać UARTem, a po stronie odbiorczej dać mikrokontroler, który będzie odbierał UARTowy kod, a na przetwornik będzie wysyłał już jego postać w SPI. Tyle z moich pomysłów.

[Elvis]

Poczytajcie dokładniej o SPI oraz przetwornikach C/A - to co piszecie nie zadziała.

Można natomiast wykorzystać rozwiązanie analogowe. Przy nadajniku dać przetwornik napięcie->częstotliwość, za odbiornikiem częstotliwość->napięcie. Jeśli dobierzemy częstotliwości w zakresie możliwości modułów HM-T/R, powinno działać.

Jak chodzi o przetworniki C/A i A/C to jedynym wyjściem jest zastosowanie mikrokontrolerów po obu stronach. To że oba moduły używają SPI nie oznacza, że po połączeniu nastąpi transmisja czegokolwiek sensownego.

[Marekk]

ZDALNE STEROWANIE WIELOKANAŁOWE (koncepcja)

Do sterowania ruchomej platformy potrzebuje sterownika proporcjonalnego i wielokanałowego. W przyszłości zamierzam dodać sterowanie z PC. Niewykluczone ze WiFi. Aparatura musi tez wykonywać zaprogramowane sekwencje ruchów. I jednocześnie tymi samymi silnikami (w przyszłości) ma sterować wewnętrzna inteligencja

30 kanałów to może przesada, ale zmniejszyć zawsze można. Wyprowadzenie na pulpit 30 potencjometrów wprowadzi jedynie chaos, zatem ograniczyłem się do 2 joystickow analogowych zawierających po 2 potencjometry. Ilość joystickow obliczyłem licząc ilość rąk operatora. Zatem można sterować 4 silnikami jednocześnie, ale zapanowanie nad 4 ruchami wymaga co najmniej wprawy. Potencjometr w położeniu środkowym oznacza brak ruchu. Im bardziej odchylamy joystick tym większa prędkość silnika. Max odchylenie to max obroty, Wychylenie w przeciwna stronę to rzecz jasna przeciwne obroty. Każdemu z 4 potencjometrów można przyporządkować 1 z 30 silników. Nie ma kolizji jeśli jednemu z silników przyporządkować więcej niż 1 potencjometr. Jest to istotne, ponieważ dodałem kasetę serwisowa zawierającą 5 przełączników (wybór silnika w kodzie dwójkowym) i 1 potencjometr (prędkość i kierunek). Potencjometry łączymy z masa i +5V, zatem na wyjściach mamy napięcie 2,5V (brak ruchu) i od 0 do 5V w zależności od kierunku i prędkości. W układzie samej platformy jest 30 szyn analogowych podłączonych do wejść właściwych sterowników poszczególnych silników. Każda szyna do własnego sterownika. Na szyny komutowane (poprzez demultipleksery) i sumowane (przez rezystory priorytetu) sa napięcia z suwaków potencjometrów . Z joystickow , z kasety serwisowej, z układu procesorowego ,inteligencji, i ewentualnie z innych. W przypadku różnych napiec komutowanych na ta sama szynę, napięcie na niej zależy od napiec wchodzących i od wartości rezystorów priorytetu. Kaseta serwisowa zaopatrzona jest w rezystory najmniejsze, zatem jej operator wygrywa z operatorem joysticka. Tak czy inaczej na szynie analogowej zakres napiec jest od 0 do 5V. Z szyny analogowej sterowany jest opracowany wcześniej analogowy sterownik silników DC.

Założenia konstrukcyjne:

-30 kanałów

-2 joysticki

-sygnalizacja wybranego ruchu (przyporządkowanie joysticka do sterownika)

-możliwość sterowania 1 ruchem przy pomocy więcej niż 1 joysticka jednocześnie

-możliwość dodania systemu procesorowego

-sterowanie radiowe

-sterowanie również przewodowe

-kaseta serwisowa o wyższym priorytecie

Układ sterownika zawiera:

-4 zestawy po 30 przycisków S0 - S30 odpowiadających 30 silnikom

-4 multipleksery z 32 na 5 kodujące numer wciśniętego przycisku

-4 demultipleksery z 5 na 32 do LED wyświetlających przyporządkowanie do danego silnika

-Joysticki analogowe (POT1, POT2) oraz (POT3, POT4)

-przetworniki a/c do każdego joysticka

-Układ mikroprocesorowy kodujący 4 bajty (z przetworników a/c) i 4 bajty (kody wciśniętych przycisków) na RS 232

-nadajnik radiowy RS232

-odbiornik radiowy RS232

-Układ mikroprocesorowy dekodujący RS232 na 4 bajty (na przetworniki c/a) i 4 bajty (kody wciśniętych przycisków)

-przetworniki c/a

-4 demultipleksery analogowe z 1 na 32

-szyna analogowa 30 przewodowa

-30 analogowych sterowników silników DC zawierających generatory PWM i mostki H

Opis układu:

Każdemu z 4 potencjometrów odpowiada zestaw 30 przycisków i 30 LED do przyporządkowania potencjometru do jednego z 30 silników. Potencjometry oznaczone na czerwono, zielono, żółto i niebiesko odpowiadają zestawom po 30 LED w tych kolorach. Przyciśnięcie jednego z 30 (dla każdego kanału) przycisku chwilowego powoduje zapamiętanie w zatrzasku kodu przyciśniętego przycisku. Zapala się tez odpowiedni LED.

5 bitów kodu oraz 3 zera (1 bajt) wysyłany jest do systemu procesorowego.

Do systemu mikroprocesorowego zatem wysyłane jest 8 bajtów: 4 bajty z przetworników a/c z informacja o napięciu z potencjometrów joystickow oraz 4 bajty z kodem silnika jaki jest aktualnie sterowany poprzez dany potencjometr. 8 bajtów w postaci RS 232 przesyłane jest droga radiowa. W odbiorniku system mikroprocesorowy wydobywa owe 8 bajtów i 4 z nich przesyła poprzez przetworniki c/a na wejścia demultiplekserów analogowych z1 na 32. Pozostałe 4 bajty a właściwie 5 bitów z każdego podawane jest na wejścia adresowe demultiplekserów. Dlatego napięcie z przetwornika c/a (identyczne z napięciem na suwaku potencjometru) komutowane jest (w demultiplekserze) na szynę analogowa, która jest wybrana przyciskiem chwilowym S0 - S30. Napięcie z każdej szyny analogowej podawane jest na nalogowy sterownik dwóch silników DC (opisany wczesniej).

ster_wielokanalowe.pdf

[Robotboy]

Kolego Marekk wielkie brawa ;] Widzę ze znasz sie na rzeczy jestem pod wielkim wrażeniem. Jak tak dobrze panu idzie to może by zaproponował mi jakieś w miarę proste i działające sterowanie. Moje założenia są takie aby: sterować bezprzewodowo dwoma silnikami 12v, mieć do tego dwa joysticki, sterowanie proporcjonalne, jak największy zasięg. Jak będzie miał pan czas i trochę ochoty to bardzo dziękuje;]