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モーターの負荷試験

今日は久しぶりに,作業をする時間が取れたのでモーターの負荷試験を行った.
まずはHDの大出力トルクを実測するため,丈夫なやぐらを組んだ.
前回の失敗から最大Dutyで停動を続けるとモーターが焼けることが分かっている.なので今回は50%まででデータを取り,それ以上はグラフから推定することにした.

測定結果:
24V43A
Duty100%で出力トルク1000kg・cm 重量1900g(モーター,HD,駆動回路)
重量トルク比 0.526[kg*cm/g] (参考:KRS-4013HV=0.415[kg*cm/g])

値はほぼ設計値どおりだった.
このトルクがどのぐらい強力か,空き缶をつぶす実験をやってみた.

空き缶つぶし)


もしもこれが人の手だったら・・シャレにならないぐらい危ないので,早めにソフトウェアで電子クラッチを実装しようと思う.
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信号分岐回路 再トライ



今日はHレベル信号を次々に切り換える回路の試作,動作確認.
ロジックICに74HC4017を2個使って最大18chの切り替えをやってみた.とりあえず欲しい動作はひととおりO.K.制御線は全部で3本になったが,ソフト的にはすごくシンプルにできた.これなら使えそうだ.

軌道追従のアルゴリズム評価と条件追い込みの準備をする.dsPICのEEPROMに登録してあるゲインの編集などをSPI経由でマスター側から行えるようにして,使い勝手を良くした.しかし,1msecごとに記録された各種制御量のデータが大きく,ターミナルソフトからEcxelにコピーするのがめんどくさい.Trevaの時のようにPC側にもシリアル受信関数を組んでファイルに保存したり,リアルタイムにグラフ表示したりすればもっと快適になるだろうが・・・
 これまでの経験上,マイコンーPC間のシリアル通信はマイコンやPCのOSによって動作条件が変わるので安定して通信ができるようになるまでにやたらと時間がかかってしまう.データ管理のためだけに,はたしてそこまでやるべきかどうか?
先にCFカードアクセスをやったほうがのちのち汎用性があっていいかもしれない.
USBも再開したいなぁ・・・インターフェース系は,やり始めるとキリがないなぁ・・・


今日は軽く

今日は軽めの作業.
A/Dをやりついでにポテンショ入力を追加してボリュームのつまみでサーボ指令値を与えられるようにした.
やはり手入力でやってみるとうまく追従できなかったり,発散したりするケースが見られた.
PIDと各種のリミットを追い込んでどこまで性能が確保できるかやってみたい.

温度計の作成

今日はロジックICの注文.これが届くまで,dsPICのA/D入力などを試す.dsPICのADCはDSP機能に直結させるため,設定すべきレジスタが多く少し戸惑った.なんとかDSPを使わない通常の取り込みまでできたので,秋月で買ったLM35と汎用オペアンプを使って温度計のプログラムを組んでみた.
LM35をリード線などで引き回してモーター温度を観測したり,FETの温度を観測したりするのに使えそうだ.モーターやFETの温度が定格を超える前に回路を遮断するか,あるいは電流を制限する機能も実装してみようと思う.いよいよインテリジェントドライバらしくなってきた.

 いま開発中の大出力モータドライバの名前は[Motion-Reactor]であるが,これの狙いはサーボモーターのフィードバック制御に加えて,実際に起こりうるややこしい問題,過電圧,過電流,過熱,出力ロック,制御異常などをドライバ自身が検知して安全に処理させることが狙い.これがうまく行けば,マスターコントローラーは純粋に指令軌道生成やセンサ系の分岐処理などに専念できる.もちろん多軸サーボの軌道追従性能などの評価も一括して行える.

ロジックIC再検討

 今日はSPIのSSを切り替えるために74HC673を実装してテスト.今考えている機能を実現するのに,16bitのシフトレジスタでイケると思っていたが,うまく行かず.
 もう少し粘れば解は見つかりそうだが,ソフトの処理が重くなりわざわざハードウェア処理する意味が薄れてしまう.これは選択を誤った.シフトレジスタは出力信号をセレクトするような用途には向かないみたいだ.アナログマルチプレクサを使ってもいいが,アナログ信号を切り替えるわけではないので本来の使い方からずれる.とにかくシリアルクロックで並列にならんだピンの一ヶ所のみが次々にラッチしていくデコーダがあればいいのだ.CMOSでは確かそういうのがあった気がする.TTLでもあるのではないか,と思って調べたらみつかった.
74HC4017
10進ジョンソンカウンターというらしい.(ジョンソンさん考案?)
今度はこれでトライしてみようと思う.

ノイズとの格闘_2

今日はモータ電流センスに再トライ.昨日までのノイズ対策が少しは効いてくれていることを願って取り込みプログラムを作る.
電流検出IC IR2175の出力はおよそ130~150kHzのPWM波形なので,ドライブ回路からフォトカプラで信号を絶縁することができる.ただし,センサ自体はドライバ側からGNDと電源を取るしかないのでここで乗ってくるノイズはどうしようもない.
フォトカプラで信号線のGNDを切り離し,さらにソフト的に何重ものノイズ対策を入れてやっとソコソコの値がでるようになった.応答速度は元信号の130kHzが100Hz程度に下がってしまった.加速度センサの時もそうだったが,ノイズが多いと使えるレベルまでフィルタをかます課程で大きな遅れが発生してしまうのが難点だ.
軌道追従の時の電流値をみてみると,おもしろいことにP制御量と波形が似ている.そして予想に反してPIDを合わせたDuty値とは傾向が合っていない.P制御量というのは要は位置偏差を何倍かしたものなので,電流(発生トルク)は位置偏差の大きさにほぼ比例するということだろうか.入力Dutyと発生トルクが一致しないというのは少し意外だった.
目標軌道が急激に変化する時はモーターが慣性で振られ多大な電流が流れるが,これもちゃんと観察できるようになった.起動時はせいぜい30Aぐらいだが,正逆を激しくやったときの切り替わり時には瞬間的に100A以上いっている.なるほど!これは場合によってはFETの定格を越えることもありそうだ.

今日は一歩前進した.

ノイズとの格闘

今週は仕事が忙しく,ほとんどロボットのほうに手がついていない.

SPIでのPID位置決め制御はとりあえずソフトはひととおりできたが,モーター駆動ノイズで時々通信にゴミデータが入ってしまう問題が出てとてもマイッた.オシロで見ると,SPIのクロックラインに強烈なスパイクノイズが乗っている.いちおうマスター側でプルアップはしているのだが,それでもノイズが乗ってくる.クロックラインが誤作動した結果,目標軌道のデータが異常値に書き換わり,そのたびにモータが激しく痙攣する・・そしてその異常な挙動がさらにノイズを生む・・という最悪のループができてしまった.
しかたなく受信側にソフトでしきい値を設定し,極端なデータが来たときは無視するようにした.しかしスレーブからのリターンデータも同時にやられるのでエラー時の挙動がマスタ側で分からないのがやっかいだ.やはりノイズ源を何とかしないと根本的な解決にはならない.手として次の2点を試した.

①モーターの電源ラインにクランプフィルタ追加(輻射ノイズ低減)
②PWM駆動信号をエッジそろえからセンターそろえに変更(Hブリッジの切り替えタイミングをずらすことで突入電流を分散)

①と②のあわせ技でなんとか通常動作では通信が確保できるところまでノイズレベルを下げることができた.まだ最大Dutyで正逆を激しくやるとかなりノイズが乗るが,そもそもそんな状態は制御の発散状態か保護ヒューズが飛ぶ状況なので,モニターしても意味がないところではある.
スレーブ側には念のため危険な状態でマスターからの通信が途絶した場合にソフトウェアで安全側の動きに切り替える対策を講じることにした.

明日は時間が取れそうなので少し新規の実験などをやっていきたい.

マイコン三昧

今日は部品が届かないので,今までのベステクのSH2用ソフトをルネサスの純正Cコンパイラ(SHC)でコンパイルしてみることに.

 割り込みやレジスタの定義などで少し戸惑ったが,やっとこさGCCと同様の動作確認まで完了.I/OダイレクトSPI通信の同じコードをSHCとGCCでコンパイルしてパルスの幅を比較したところ,ほとんど同程度.数行の命令でI/Oをパタパタやる分にはあまりコンパイラの性能は関係しないようだ.今度はアームの逆運動学ルーチンでも試してみよう.

アルファプロジェクトで新しいSH4ボードが出たらしい.400MHzで720MIPSですかっ!!倍精度浮動小数点ユニット内蔵ですかっ!!なんで整数演算がメインクロックよりも速いのかと思ったら,SH4って1クロックで2命令同時に実行できるらしい!いつのまにマイコンはこんなに進化してしまったのだろうか.外部メモリーとのバス伝送速度がボトルネックにならないようにキャッシュも32kbyteも載ってるし.ホントにもう,コラコラっていう感じのスペックだ.PCIインターフェースがあったりして,もうこれは組み込みというより完全にPCだ.他にも聞きなれないインターフェースがたくさんついている.おもしろそう・・・欲しい・・しかしこれだけのパワーをロボットにどう使うかが重要だ.それをひととおり考えてから購入を決めても遅くはないだろう.
プロフィール

もやね

Author:もやね
長野県在住の会社員(メカニカル・エンジニア).
ロボットは完全な趣味としてやってます.
E-mail:
mo_ya_ne[a]yahoo.co.jp
[a]⇒@

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