Ich benötige Hilfe beim Entwerfen einer drehzahlgeregelten Gleichstrommotorschaltung

Wir wurden gebeten, einen Steuerkreis für die Motordrehzahl mit den folgenden Komponenten zu entwerfen:

15V source -> potentiometer -> LPF -> OpAmp -> ADC -> DAC -> OpAmp -> Motor Driver -> 3V DC Motor(aufgrund des geringen Preises)

Ich werde dies auf einem Steckbrett verdrahten.

Version 2. (Mit Änderungen wie von JIm Dearden vorgeschlagen

1. Das Wichtigste zuerst, ich habe eine 15- und -15-Quelle (VCC, VEE)

1.1 (Update) Ich habe zwei 20k-Widerstände vor dem Topf, damit ich eine feinere Kontrolle über den Motor hätte (-3V bis +3V)

2. Ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 100 Hz (Mein Prof schlägt vor, dass wir diesen Wert nur verwenden, um unerwünschte Signale zu löschen)

3. Ein OpAmp mit Einheitsverstärkung, weil ich etwas brauche, um die Transistoren vom hochohmigen Ausgang des Potis anzusteuern.

4. Eine Push-Pull-Verstärkerkonfiguration, die aus den NPN- und PNP-Transistoren besteht, damit ich meinen Motor in beide Richtungen drehen lassen kann (dh ein Motortreiber).

Also meine Fragen sind:

  1. Sind meine Widerstands-/Kondensatorwerte praktikabel?

  2. Wie implementiere ich den ADC -> DAC-Teil?

  3. Muss ich vor dem Topf einen Widerstand platzieren, damit er nicht durch Hochspannung durchbrennt?

Anmerkungen:

  • Kein PWM.

  • Die Motortreiberschaltung kann auch eine H-Brückenschaltung oder ein IC sein, aber ich denke, das wäre teurer.

Ich brauche auch einige Vorschläge, wie ich die Schaltung verbessern kann.

"Muss ich einen Widerstand vor dem Topf platzieren, damit er nicht durch Hochspannung durchbrennt?" - Vielleicht. Es ist 10K und Sie haben 30 Volt darüber. Die Leistung beträgt V ^ 2 / R, sodass 90 Milliwatt verbraucht werden. Die Chancen stehen gut, dass Ihr Potentiometer mit dieser Leistung umgehen kann.
Beschriften Sie Ihre untere Spannungsschiene mit "0 V" und nicht mit -15 V, es sei denn, es handelt sich wirklich um eine Split-Rail-Versorgung. Wozu dient der ADC-DAC-Teil, um die Übung nur schwerer zu machen?
@HL-SDK Oh, es würde also nicht schaden, wenn ich einen platziere? Ich möchte nur auf Nummer sicher gehen ... danke für deinen Kommentar!
@ pjc50 Ich denke schon, aber ich verstehe wirklich nicht, warum diese beiden hinzugefügt werden müssen, ganz zu schweigen davon, dass ADCs und DACs teuer sind
Klären Sie dann am besten Ihre Anforderungen, um sicherzustellen, dass Sie sie benötigen :) - Vielleicht sollen die Eingangs- und Ausgangsteile getrennt werden, mit einer digitalen Verbindung dazwischen?
@ pjc50 Ok, ich habe gerade erfahren, dass der ADC-> DAC-Teil optional ist, aber ich möchte immer noch wissen, wie es gemacht werden kann ... wir sollten paarweise arbeiten, aber ich kann mich nicht auf meinen Gruppenkollegen verlassen
Falls PWM eine Option ist: Delta-Sigma-Modulator mit Current-Sense-Feedback. Warum ist kein PWM erforderlich?
@jippie Ich habe keine Ahnung, was das ist, aber ich habe es auf Wikipedia gesucht und ein Diagramm gesehen, das aus Operationsverstärkerschaltungen besteht @_@ .... Ich denke, wir haben dieses Thema noch nicht erreicht. (Student der Informatik hier) Edit: Das wurde uns noch nicht beigebracht (ARDUINO ...?)
Ein Delta-Sigma-Modulator ist im Wesentlichen kaum mehr als ein Operationsverstärker/Komparator und ein Tiefpassfilter. Entschuldigung, ich kann den einfachen Schaltplan, an den ich gerade gedacht habe, nicht finden.
ADC -> DAC: Ich würde damit beginnen, einen billig verfügbaren ADC zu finden, der keine umständlichen Steueranforderungen hat, einen, an den Sie einfach eine Uhr liefern können. Dann finden Sie einen passenden DAC. Entwerfen Sie dann eine Taktquelle. Es ist ein bedeutendes Stück Arbeit. Sie könnten es einfach mit einem Mikrocontroller machen, aber das fühlt sich nicht im Sinne der Sache an.
@jippie Oh, das ist ok, es sieht so aus, als müsste ich mich darüber informieren ... es ist 2 Uhr morgens hier an meiner Stelle ... ich werde es einen Tag nennen
@pjc50 Ich habe heute Nachmittag mit der Kundenwerbung begonnen und herausgefunden, dass der verfügbare (und billigste) der adc0808 ist. Würde ein 555-Timer ausreichen?
555 würde für die niedrige Abtastrate funktionieren, die Sie dort benötigen, ja.
@ pjc50 Ich habe angefangen, das Datenblatt des adc0808 zu lesen und herausgefunden, dass seine Betriebsspannung zwischen 4,5 und 6 V liegt ... wie gehe ich vor? füge ich eine neue Versorgung hinzu oder mache ich A.) Platziere einen Widerstand vor dem Adc B.) Platziere einen Spannungsregler-IC (LM317) C.) Operationsverstärkerschaltung mit <1 Verstärkung ....
Widerstände sind niemals dazu geeignet, Versorgungsspannungen zu reduzieren. Fügen Sie entweder eine 5-V-Versorgung hinzu (denken Sie sorgfältig an Masse!) Oder fügen Sie einen Spannungsregler hinzu. Die Stromaufnahme im Digitalbereich ist winzig, sodass ein Linearregler möglicherweise in Ordnung ist. Haben Sie +15-V-, 0-V-, -15-V-Schienen oder nur 30-V-/0-V-Schienen?
.. Ich kann das Hochspannungsnetzteil und den Niederspannungsmotor einfach nicht verstehen, das verlangt nur nach Ärger. Sinnvoller wäre das Ganze bei 5V. Vielleicht ist es da, um den unvorsichtigen Schüler zu zappen, der versucht, das Ding zu debuggen.
@ pjc50 Ich habe eine Versorgung von +15, -15, da ich die duale Stromversorgung meiner Schule verwenden werde. hmmm, wenn es 5 V sind, von denen du sprichst, kann ich vielleicht einfach den 7805-Spannungsregler verwenden? Oh ja, er sagt, wir müssen das nicht mehr herstellen, nur das Anschließen an ein Steckbrett wäre in Ordnung XD
Die Steuerung der Spannung an einem Gleichstrommotor ist nicht dasselbe wie die Steuerung seiner Drehzahl. Um die Geschwindigkeit tatsächlich zu steuern, müssen Sie mit einer Art Feedback in einen geschlossenen Regelkreis wechseln. Kein Problem, einen 3-V-Motor mit 15 V zu treffen, um ihn zum Laufen zu bringen, aber Sie müssen den Strom kontrollieren, um ein Durchbrennen zu vermeiden.
@JohnU Ich plane, einen ADC -> DAC nach dem Operationsverstärker zu platzieren. Aber ein Problem, das auftreten wird, ist, dass ich meinen Motor nicht rückwärts drehen kann, da der DAC einen positiven Strom ausgeben würde ... wie löse ich das? Mein Prof hat nichts über Dinge mit geschlossenem oder offenem Regelkreis erwähnt, aber er sagte, dass eine Rückmeldung optional ist, da sie die Geschwindigkeit des Motors beibehalten würde
Und der ADC->DAC würde was genau tun?
Ich weiß es selbst nicht, aber wir müssen es in unser Design integrieren.
Es gibt weder eine tatsächliche Drehzahlrückmeldung noch irgendeine Form von geschlossenem Regelkreis ... Dies ist keine Drehzahlregelung, dies ist nur eine Spannungsregelung und darauf angewiesen, die Maschine nicht zu überlasten, wenn es um die TS-Fähigkeit geht, um die Drehzahlregelung aufrechtzuerhalten

Antworten (2)

Da es sich nur um einen 3-V-Motor handelt, würde ich den Bereich des Drehzahlreglers begrenzen, indem ich einen Widerstand über und unter dem Poti RV1 hinzufüge. Ein 10k-Widerstand auf beiden Seiten begrenzt den Ausgangshub auf +/- 5 V und gibt Ihnen eine feinere Kontrolle über die Geschwindigkeit. Durch Erhöhen dieser Werte wird der Spannungsbereich bei Bedarf noch weiter reduziert.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Übrigens - ich vermute, Ihr Professor hat eher nach einer Geschwindigkeitsregelung vom Typ mit geschlossenem Regelkreis gesucht als nach dem Typ mit offenem Regelkreis, den Sie haben . Daher die Verweise auf ADC, DAC und Tiefpassfilter. Dies würde auch einen Tachometer (normalerweise eine Art Impuls-/Frequenzgerät, dessen Ausgang eine Umwandlung in ein analoges Signal - DAC) erfordern würde, um die Drehzahl der Motorwelle zu messen.

Es könnte eine gute Idee sein, mit Ihrem Professor genau zu klären, was für dieses Projekt erforderlich ist (offener oder geschlossener Regelkreis?), bevor Sie sich auf ein endgültiges Design festlegen.

Ooh, ich habe meinen Schaltplan aktualisiert, indem ich den 50-Ohm-Widerstand nach der Push-Pull-Konfiguration entfernt und dann 20k-Widerstände auf beiden Seiten des Bots platziert habe, damit ich einen Spannungsabfall von -3 bis +3 an meinem Motor habe. Er hat nichts gesagt über Open / Closed Loop Control ... er will nur einen ADC -> DAC in der Schaltung.
@Ephemeral Wie sehr neugierig. Es gibt keinen Grund, warum ich sehen kann, dass Sie tatsächlich einen ADC und DAC in einer Open-Loop-Geschwindigkeitsregelschaltung oder sogar die Notwendigkeit eines Operationsverstärkers benötigen. Die Ausgangstransistoren konnten direkt vom Schleifer des Potentiometers gesteuert werden.

Wenn Sie einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 100 Hz wünschen, müssen Sie einige Änderungen vornehmen. Die 10 uF / 16 K, die Sie zeigen (obwohl sie durchaus machbar sind), haben eine Grenzfrequenz von -3 dB von 1 Hz (eigentlich ein bisschen weniger, aus Gründen, die ich beschreiben werde).

Die Quellenimpedanz, die in den 10K-Pot-Wischer (mit Ihren 20K-Widerständen an jedem Ende) blickt, ist nicht Null, und das erhöht den 16K-Widerstand. Wenn der Wischerwiderstand außer Acht gelassen wird, beträgt er 12,5 K, wenn sich der Topf in der Mitte befindet. Wenn der Pot an beiden Enden ist, beträgt er 12K. Wir können also 12,25 K als Annäherung verwenden.

Lassen Sie uns einen Standard-Kondensatorwert auswählen (weil Widerstände in feineren Schritten vorkommen). Wir wissen, dass es ungefähr 1/100 von dem sein sollte, was wir vorher hatten, also versuchen wir etwas Schönes und sogar wie 100 nF.

R = 1 2 π F C C = 15.9 K Ω

Subtrahieren Sie die 12,25 K, die wir von der Quellenimpedanz des Topf- / Widerstandsteilers erhalten, und der Widerstand sollte etwa 3,6 K betragen. (Der Cutoff ändert sich ein wenig mit der Pot-Rotation, aber nicht genug, um sich Sorgen zu machen - weniger als 2% in jede Richtung).

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