昔、学生実験でのオマケ的指導な説明のために、PD制御のモデルとして作ったサーボ。
埃を被ってて、一部、断線してたり、部品がもげてるが、
転倒防止のバランス制御の考え方や、オーバーシュートや発振現象の説明にも使った。
内容はあまり覚えてないが、
回路構成としては、LEDやLDの比例発光制御(通信用途)にも流用できるように考えてた感じ。
右から古い順に、
終段が
①パワーOP-AMP＜イロイロ使った。
②ダイヤモンドエミッタフォロアかと思ったが4つでPP(プッシュプル)。＜のろかった。基板裏にフリーホイルDiを入れてたみたい。
③FETでのPP化＜試作的要素が強い
である。
後で分かったことだけど、
②と③は、74HC14が付いてるし、FET手前に二つのポテンショメーター、そして駆動時、モーターから発振音が聞こえる。
まさか…？と思ってオシロで駆動波形を見たら、、、
既にPWM駆動回路で設計して作ってたのだった！！
ただ、まあ、デッドゾーンが大きいような気がします。調整不足なだけだとは思いますが…、
PWM方式は疲れそうなので要らない気がしたが、既に作ってるとなると、いずれ、それを越えるモノを作りたくはなる。。
あと、ステッピングモーターはマイコン向けかも。
かなり後になって気が付いたけど、②、③は、Trを4つ取り付けるとこがある。
で、よくよく考えてみると、、
反転論理で二つのTrを使うことで、GNDとのスイッチングではなく、正負電源を同時使用する仕様にしていたみたい。
その後、反転論理を使わず、2SKと2SJの上下を入れ替えるコトによって、同じ動作を行う様にしたようだ。
むかしなのによく考えてたなー、、
今考えると、4個全部を2SKにすることぐらいかな？
でも、130モーターに正負5Vで10Vを同時にかけるのは負担が大きすぎるし、とりあえず、GNDとの電圧仕様にしようと思った。
簡単には、やはり、OP-AMPでコンプリメンタリのFETを駆動したのを使いたい。
この場合、足し引きの回路と、増幅(積分フィルター付き)は2段に分けた方が良いかと思った。
じゃないと、倍率設定的にまともに動かない。
MOS-FETはゲートのCがデカいので、間にRを繋いでOP-AMPの発振から保護したり、帰還にもCが必要かも。
PWMスイッチングでは、リニアリティーは問題にならないし、
また、OP-AMPを介してNFBで制御してるので、リニアリティーはあまり関係ない。
リニア増幅で駆動するサーボ的なアナログメーター程度なら、ノンバイアスによるスレッショルドがあっても問題無い。
また、モーターの動き出しにも閾があるがこれも挿して問題では無いかと思う。(ステッピングモーター制御なら更に。だけど面倒)
よって、まずはバイアス回路を儲けないでやってみよう。。
静的なドライブ電流が無くても、低い電圧でONになるのも多いと思う。最近のは4Vで完全にONになるとか、
小電力モーターなら2.5から3VでOKぽい印象を持った
慣性モーメントが少なく、ギアダウンされてると、起動時の電流も食わないし、
また、ロジックでのPWM回路などだと、コンプリメンタリの必要性も無くなるが、生産のラクさと実験機の設計および理解のしやすさはまた別である。
とりあえず、比例制御で、PWM方式あわよくばステッピングモーターや三相インダクションモーター等は余裕があったら考えてみようと思う。
で、オーディオ用の回路は資料があった。
案の定やはり、ノンバイアスではこの違いは出てきたが、
OP-AMPを介して制御を用いてるのと、オーディオほどシビアな精度は要求されないことが重要な点。
考えたけど、コレでも良いのでは？＜AC増幅のオーディオの場合。
ただ、全体的な比例精度のため、OP-AMPは、J-FET入力などが良いだろうと思う。071とか081あたりかな？
(最近のパワーMOSFETの配列はGDSに統一されてるのが多い？？Dを放熱したいから真ん中って言う感じも？)
ギヤのガタや、FETのスレッショルド、モーターのステップ数などは、結構重なってくると問題かも知れない。
だからと言って、感度を上げれば発振しやすいし、下げればデッドゾーンが多くなるかも。
逆に、デッドゾーンが少ないと、何時までもジリジリと細かい制御を続け、モーターの消耗もあるかと思う。
もちろん、ギヤの摩耗、電力消費観点でも良くないので、程々のポイントが必要そうである。
また、モーターは市販のREとかなマブチモーターはブラシが非常に貧弱なので、ミニ四駆用途かブラシ強化版のモーターが必要となる。
マブチモーターの280SAモーターが分厚いブラシなので、イイかも。ゲームコントローラーのバイブレーション用はどうなのかな？
針を動かすだけなので、トルク系モーターよりハイスピードモーターがイイかな。
速すぎると慣性が問題になるけど、トルク系とはちがい、巻き線抵抗が少なく、電流食うとも思うので、、
ターン数が多いからトルク型は高いのかも？
モーターとギヤの比は重要に効いてきそうです。
ガタやデッドゾーンの少ない精度、発振しないでなるべく速く、を両立は結構ムズいかも？、
そういえば、パワーMOS-FETは温度が上がると流れにくくなるんだったっけ？
そうだと、パラレル化もやりやすいですが。
性能だけ求めるなら、RC用デジタルサーボに50HzのPWMコントロール信号を送って制御するのが簡単。出来合いなので、それしか能が無いけど。
で、イイ手段が無いかイロイロ考えてみてます。
シグナル入れると、倍率を変えれば変わる必要がありますね。そうじゃないとリニアリティーが下がる。
計装アンプICはOP-AMPの部類に入るのですが、倍率設定を別のピンに繋げたVRで行えるので、
加減算回路に倍率設定が出来るのは、お得だと思います。安い計装AMPも注文しておいて正解でしたね。
まだ、ブツが来ないので、イロイロ思案中。
下の方の回路が妥当かな？と思う数値に出してみた。
ここらで、回路を弄りながらと思って、前のがPWMで出来てたことに気が付く。⇒やっぱPWMにしないとダメだと思った。
考えて変わったところは、
マブチモーターのブラシ3相モーターは、左右のマグネットと3つのコイルで、6ステップなのでは無いかなと言うことです。
なので、ギヤ比は、低くて70:1位は欲しい？
タミヤ TAMIYA 72007 4速パワーギヤボックスHEは74：1がある。
とも思ったが、モノを見た感じ、ギヤ比高すぎて速度が…、、という感じかも。
モーターをハイスピードにするのもある程度重要ですが、加速や減速を考えると…、、トルク型が良いのかも？
分解能はもうちょっと下げてもイイかも。そうだと、30：1とかまでなら行けそう。
バックラッシュが少ないことも重要かも。中に小っちゃいギヤが数多くというのは避けたい。
ここら辺は、どの程度？というバランスの問題かとは思うので極端にどちらかに寄せた作りじゃないほうが良いかも。。
あと、モーター側のピニオンギヤは8Tだと普通の樹脂のは、強度が弱く割れやすい。
もっとしっかりしたのが欲しいので、別でカーボン入りとか選ぶ方が良いかも。。
ということで、真鍮製と共に注文。
ミニモーター標準ギヤボックス 8速 [70188]
が丁度良さそうにも。でも130モーターでは無くってもっとちっちゃいので、モーター選択が困難。
でもって、130系モーター専用のギヤボックスは、
やはり、重要なのが、ギヤボックスがスムーズじゃ無い。しかもガタがある。
ここら辺を調整して、ガタを少なく、スムーズにすれば、制御も妙にぎこちなくならなくて済む。
あとは、ギヤ比とモーターの特性の相互関係を含めた付き詰めである。
でもって、ベベルギアのように90度曲げるギヤは、クリアランスが狂いやすい。音も大きいかと。
130モーターのタイプはコレが多いコトに気が付いた。どうだろう？？
テクニクラフトシリーズはモーターピニオンと平ギヤ接続が基本なのでその点問題が少ない。
テクニクラフトシリーズ No.2 ハイスピードギヤーボックス HE ＜最初に作ったタイプで速すぎ粗すぎ
テクニクラフトシリーズ No.3 ハイパワーギヤーボックス HE ＜試作はしてたけど、テストした記憶が無いが丁度よさそう？
テクニクラフトシリーズ No.5 6速ギヤボックス HE ＜別用途で持っているが、ギヤが多いのでガタ多そう＋高価
テクニクラフトシリーズ No.7 4速パワーギヤボックスHE ＜まあまあかも？モーターピニオンは10Tと12Tが選べるのが特徴。
でこれは、130系モーターが付かないモノも有るみたいだが、まあ、改造すれば。というか、付くヤツのアダプタを流用できるようだ。
電流制御が上手く行ったら、
PWM駆動回路でも作ろうと思うが、回路をブロックに分けて、調整しやすくしたい。
プッシュとプルを完全に分けてしまうことも出来るかも知れない。
(ステッピングモーターの場合、針は比例制御じゃ無く、ある程度以上は、というか、基本的に定速で動いていると思う。)
手計算で大体把握した値とシミュレーションは若干違うが、大まかな特性は同じ。
思っていたほどF特がシャープに出ないことと、持ってる部品で適正な値を与えるのは困難だと思った。
これでは、低周波でゲインが上がってるのが何故なのか不明。
反転入力は、倍率を儲けた引き算はあまりうまく出来ないはずなのだが、近似出来ればイイかと思ってる。
ひずみ率のシミュレーションでリニアリティーが分かるかも？
大体形になって来た。
微分が問題ではある。
変化率(速度)に対するダンピング抵抗みたいなモノだけど、
コレにより、オーバーシュートやソレのヒドくなった発振が緩和される。
だが、針の速度が落ちる原因でもある。
なので、最初は無しで、後付け出来る設計が良いかと。。
両電源を使うとすると、、
続く…、、
追記＞
あとで見たら、、、
よく見たらタイトルの日本語が通じないような。
いつものこと？
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