Ελεγκτής κινητήρα: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Μια πλακέτα χειριστηρίου 6 μορίων που χρησιμοποιεί τσιπ LMD18200.

Βήμα 1: Απαιτήσεις

Καθορίστε τις απαιτήσεις σας. Τα LMD18200 μπορούν να αλλάξουν 3Α στα 55 V. Το έργο, η προπτυχιακή μου εργασία, που χρησιμοποίησε αυτόν τον πίνακα ελεγκτή κινητήρα περιλάμβανε 6 σερβοκινητήρες που απαιτούσαν μόνο μερικές εκατοντάδες milliamps στα 12 V. Η διατριβή ήταν ο σχεδιασμός ενός εργαστηριακού πλανητικού ρόβερ για δοκιμή νέοι αλγόριθμοι ελέγχου στο Εργαστήριο Ρομποτικής Πεδίου και Διαστήματος του MIT.

Βήμα 2: Σχεδιάστε το κύκλωμα

Ο έλεγχος του κινητήρα πραγματοποιείται μέσω διαμόρφωσης πλάτους παλμού. Αν και οι ενισχυτές PWM είναι ελαφρώς πιο περίπλοκοι τόσο στο υλικό όσο και στον έλεγχο, είναι πολύ πιο αποδοτικοί σε σχέση με τους γραμμικούς ενισχυτές. Ένας ενισχυτής PWM λειτουργεί πολύ γρήγορα αλλάζοντας το ρεύμα ή την τάση σε φορτίο μεταξύ καταστάσεων ενεργοποίησης και απενεργοποίησης. Η ισχύς που παρέχεται στο φορτίο καθορίζεται από τον κύκλο λειτουργίας της κυματομορφής μεταγωγής. Με την προϋπόθεση ότι η δυναμική του φορτίου είναι πιο αργή από τη συχνότητα μεταγωγής, το φορτίο βλέπει τον μέσο χρόνο.

Σε αυτό το σχέδιο, η συχνότητα μεταγωγής είναι περίπου 87 kHz, η οποία ήταν συντονισμένη στους κινητήρες του rover. Ο κύκλος λειτουργίας ελέγχεται από την τάση ρυθμίζοντας το κατώφλι μονοσταθερών ταλαντωτών που κινούνται από έναν σταθερό ταλαντωτή. Ένας ψηφιακός σε αναλογικός μετατροπέας στον υπολογιστή του rover ελέγχει την τάση κατωφλίου και συνεπώς τον κύκλο λειτουργίας των ενισχυτών. Οι κυματομορφές PWM δημιουργούνται από επτά χρονοδιακόπτες (καθένα από τα τέσσερα 556 έχει δύο χρονόμετρα και το όγδοο χρονόμετρο είναι αχρησιμοποίητο). Ο πρώτος χρονοδιακόπτης έχει ρυθμιστεί για σταθερή ταλάντωση και αλλάζει μεταξύ μιας κατάστασης ενεργοποίησης και απενεργοποίησης στα 87 kHz. Αυτό το σήμα ρολογιού 87 kHz τροφοδοτείται στους ενεργοποιητές των άλλων έξι χρονοδιακόπτες, οι οποίοι έχουν ρυθμιστεί να λειτουργούν σε μονοσταθερή λειτουργία. Όταν ένας μονόσταθμος χρονοδιακόπτης λαμβάνει ένα σήμα σκανδάλης, αλλάζει κατάσταση από απενεργοποιημένο (0 βολτ) σε ενεργοποιημένο (5 βολτ) για ένα χρονικό διάστημα που ορίζεται από την τάση εισόδου. Ο μέγιστος χρόνος είναι περίπου 75% η περίοδος του σήματος ρολογιού και ο ελάχιστος χρόνος είναι μηδέν. Μεταβάλλοντας τις τάσεις εισόδου, κάθε μονόσταθμος χρονοδιακόπτης θα παράγει ένα τετραγωνικό κύμα 87 kHz με κύκλο λειτουργίας μεταξύ 0 και 75%. Τα τσιπ LMD18200 λειτουργούν απλά ως ψηφιακοί διακόπτες που ελέγχονται από την έξοδο των χρονοδιακόπτη και από τις ψηφιακές εισόδους φρένων και κατεύθυνσης από τον υπολογιστή.

Βήμα 3: Κατασκευάστε την πλακέτα κυκλωμάτων

Οι πλακέτες κατασκευάστηκαν μέσω χημικής διαδικασίας χάραξης. Χρησιμοποιώντας έναν τυπικό εκτυπωτή λέιζερ, το ίχνος κυκλώματος εκτυπώθηκε σε υδατοδιαλυτό χαρτί. Το γραφίτη σε αυτό το χαρτί μεταφέρθηκε με θέρμανση σε μια σύνθετη σανίδα χαλκού και μονωτικού υλικού. Χρησιμοποίησα τη μπάρα τήξης από έναν αποσυναρμολογημένο εκτυπωτή λέιζερ, αλλά ένα σίδερο μπορεί επίσης να κάνει το κόλπο. Τα υπολείμματα του χαρτιού στη συνέχεια ξεπλύθηκαν, αφήνοντας μόνο το γραφίτη στο μοτίβο του κυκλώματος. Το χλωριούχο σίδηρο χάραξε τον εκτεθειμένο χαλκό αφαιρώντας τον από τον πίνακα. Το υπόλοιπο τόνερ καθαρίστηκε με το χέρι χρησιμοποιώντας την πράσινη πλευρά ενός σφουγγαριού, αφήνοντας μόνο ίχνη κυκλώματος χαλκού. Εναλλακτικά, υπάρχουν διαθέσιμα κιτ που κάνουν αυτή τη διαδικασία αρκετά εύκολη.

Βήμα 4: Συγκολλήσεις σε εξαρτήματα

Συγκολλητικό σε όλα τα εξαρτήματα. Δεδομένου ότι ήταν μόνο ένας πίνακας ενός στρώματος, απαιτήθηκαν μερικά καλώδια άλματος.