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たまにロボットを考えるブログ・・・。
こんばんわ

いま0時8分

pnpトランジスタをはじめて使って3ヶ月たちましたか・・・そのくらいです。

さて、何のためにこの年で突然pnpのトランジスタに手を出したかって、モータドライバ作るからですわ。

☆要求仕様
24V単電源
2ch×連続5Aぐらい
pwmは20,30kHzくらい
sh-7125
なるたけ秋月電子で買える部品でつくる

前にもモータドライバつくってて、(前記事参照)なにが今回変わったかと言うと、24Vというところ。

24VだとそのままゲートをたたかせるとVgs±20を超えちゃうので、ナントカする。

☆戦いの結果(エンコーダのつなぐマイコンのピン間違えてるあとプルアップ)


基本的には
マイコン→pwm,cwccw
ロジック→ppnnの4FETへの信号
ゲートドライバ→レベルシフト5-24,レベルシフト24-12or0-12,プッシュプル
モータドライバ→まくそん

をやります。

★ちなみに秋月のスーパーレギュレータ使ってみました。
24V-5Vで1Aです。ほのかに暖かくなります。
シリーズレギュレータにくらべれば、これはよろしい。
高いけども。

★ちなみに、トランジスタは秋月の800mA流せる奴にしてます。
FETをon/offしたときにゲートはものすごい電流を食うので、なるべく流せるものをチョイスしました。


だいたい付けてみて・・・(CNCで削ったデス)

20kHzでモータを回してみたりしてますが、回りはします。
でもFETは結構熱くなります。
原因はよくわかりません。電源器の表示が60mAぐらいのときは大丈夫ですが、200mAぐらいになる程度の負荷でJ334とK2232が熱くなります。どちらかといえばPの方がアッチッチ。

ほんの数ヶ月でしたけど、モータドライバをつくるなんて今年で最後かとおもうので・・・。
もうすこしチャレンジを続けます。

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またまた、モータドライバの実験です。

いろいろ実験してると1週間前に何やってたか思い出すのも一苦労です。

バイトもやめたし、少しづつ記録にしていこうと思います。

前回はフルブリッジ壊れたのと、回路の測定結果をまとめたので。

実際の回路図は前段の回路含めて当初この回路でした。
ロジック5V電源24V



これが当初のsN754410を使ってた番。
途中の××は実験様にワイヤーで外に引いてあります。

で変えた版。

トランジスタ4段組んでる最初はロジックの反転なので、
ロジック組み直せばいいんですけど、実験としてはこんな感じ。

マクソンの150Wを100%正逆転ガシガシやってもとりあえずは壊れませんでした。
FETはあっちっちですが・・・。

レギュレータも申し分なく熱いですが。

動くんですけど、マクソン以外のモータだと、使ってないPchが熱くなるんです。
マクソン以外

そうマクソン以外。

電源がピヨヨヨヨ~ンって10MHzぐらいしてるのがいけないんだと思うけど…
マクソンならないし。
突入の瞬間なんでコイル成分じゃなくて、コンデンサ成分が効いている様な気もしますが。
電源ラインにセラコンはままきくけど。
ここは低ESRってやつが出てくる時かな?


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大学も後期がはじまり、モラトリアムも限界が近づく昨今。

終に24ボルトぐらいのモータドライバを作ってみようイベントに恵まれました。
まだ始めたばかりですが、忘れる前にすこしばかりまとめて起きます。


作戦その位置、フルブリッジドライバICでFETを駆動します。

秋月電子で売ってるSN754410です。
それぞれ、FETにつなげばすぐ回るかと思いましたが、24Vー0Vそのままでゲートをいじめるとゲートソースは±20Vの定格を突破してしまいますので、
電圧を24V-12Vにします。

電圧変換はツェナーとトランジスタでやります。

PchNchをそれぞれドライブする回路を考えてみました。

が、正逆回転をバシバシやってるうちにSN754410はお亡くなりになってしまったのでトランジスタで作る方針に。



こんな感じ、PNPトランジスタとか初めて使いました。
エミッタベースに電流を流すとコレクタに電流を流せるらしいです。
0.6Vぐらいあればいいのかな?
とかいうわけですどよくわからない。
いろいろ抵抗値をいじると、ベース電流が増えて、コレクタ電流がぼぼーとなります。
50kHzぐらいでオンオフできればいいかなーと思って、作ってます。
ゲートの電流って300mAとかも流れるけど凄いですね。
ちなみに、左から5ボルトの信号が来て、24の電源をONします。
左3つのトランジスタの回路の仕事をSN754410にさせていたわけです。

これ設計してから、なんか回路できる人にプッシュプルってのがあってさ、PNP-PNPでやらないで、NPN-PNPだし。

それでいいのか、ってね。でも再設計するのめんどくさいしね。

まー動きはしますが、抵抗の入れ具合によって数usecの遅れが生じます。
でも抵抗を減らすと温度上昇が半端ないので。
いまいちな回路ですね。
なんとかならないものか。

それでですね20kHzぐらいの信号を入れてみるわけです。
すると、オンしてないハズのPchがホカホカしてくるわけです。何事これ?
ちなみにモータなしの時の波形

Nchゲートには12-0のPWMが来るはず、上の一定電圧はオフのハズのPch
まあ正しい。(Nchの電圧微妙だが・・・)

で、モータを回すと?モータはHDSの40Wぐらいかなーのモータかなり減速されてる。タコジェネが付いてる。

Pchのゲートに何か出てくるわけです。
ナニコレ。
これがPchホカホカということか?!
で、Pchのゲート(黄色)ソース(赤色)はGNDから

といった具合。
ソースってまー電源につながってるわけですけども。
?ソースもゲートも一緒にビヨヨヨンしてるからONしなくね?

近寄る


ゲートの方がビヨヨンが少ない。
ってか少し低くなってる。微妙にPchオンしてるか?

つまりゲートが電源の揺れをそのまま出せばいいところを遅れている?
ゲート抵抗を100→10へ(上述の回路図では10なんだが手持ちの問題で100にしてた。)


お、お?
チッターましになったでやんす。
ホカホカ具合激減。
でもまだ少しホカホカかも?

結構実用レベルのホカホカかも?


以上、こんな感じ。
発展途上です。









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なんで十六茶だけ600mlなのか、という疑問を抱きながら回路の実験をしてます。




前回の通りの回路をブレッドボード上で作成し、パルス駆動してみた。

Nchをドライブする場合の回路図(まぁ、とりあえずこんなかんじ)
3da85730.png

トランジスタはC1815
FETはK2232
・・・あ、逆起電力用のダイオードがないですが、あります。1N4007でス。
似たような感じでPchもやったよ。



シュミットトリガで適当にパルスを作ります。デューティ50のはず。
実を言えば、ボリュームの後のベースまでの間に、シュミットトリガを一回かませてバッファしてます。
意味があるかどうかは微妙。


◇駆動した結果・・・
といって、前ならオシロのデータを乗っけるところですが、それはあまりに面倒なので箇条書きにします。

20kHzぐらいまでなら何の問題もなくパルス駆動可能
10kの抵抗を減らすとパルスが少し綺麗になります。1kまで減らしましたが問題ないです。
でも、今回のパルス源が安定しなくなるので10kでやってます。

ためしに使ったのでは、faulharberのφ16ぐらいの100:1のギアヘッド付きみたいな奴です。

◇謎だったこと
周波数を上げると、モータの印加電圧が少し減る気がします。
モータ音的にも減っています。
10kHzを超えたあたりから減ります。0.2vぐらい減ります。
もっと周波数を上げる(20kHzぐらい)0.5vぐらい減ります。

なんでだろうー。


さて回路はとりあえず動くようだから、足りない部品を集めて、時間と相談しながらせこせこ作ろうかと思っております。
マシンはマイコンカー向けですが、ランサーを狙うぐらいの気持ちで頑張っていく予定です。

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うさぼんわ


大学院の授業も落ち着いてきた(?)感じです。
いろいろあって、忙しくて研究が進みません。(そもそもあんまり面白くない。)

はてさて
もう10カ月ぐらい前のログ以来ですが、モータドライバ回路のメモ話です。

かねてより問題だったのは、数kHzのPWMをかけた段階で、FETがしっかりとオンオフできなくなってしまうこと。

これまでは単純にゲートをエミッタ接地のプルアップで駆動しておりました。
d0d916c3.png
これが
たびたびこのブログに登場するマイコンカーのHブリッジです。
抵抗値とかは作った当時に手に入りやすいもので作ったので左の限りではないです。



これでやると、トランジスタでGNDレベルにするのは速いです。でも、Highレベルにもどるのがすこぶる遅いです。

で!
こちらのサイト様を参考にさせていただきまして、エミッタフォロワというやつを取り入れてみたいと思う所存です。
http://bipcircuits.web.fc2.com/bip_basic/collecter/emitfollow1.html
http://linear-art.com/unilife/?page=pushpullemitterfollower

そこで、LTspiceで1つ回路を試してみました。
5c4cf505.png
これはNch1つ分のはなしですが。
エミッタ接地でレベルを上げてから
エミッタフォロワーでFETを駆動しているような感じだと思われます。



で、真ん中にダイオードが入っているのですが、これは必要です。でもなんでなんだかよくわかりません。
なんでなんだか、はどうしたらわかるのか…今のところ見当もつきません。

LTspiceのデフォルトのFETはほとんど遅延がない様だったので、振る舞いがよくわかりません。
なので、等価かどうかはわかりませんが、遅延回路をFETの代わりにしたりして、動作速度がどうなるかみました。

結果としては、この新しい回路は全く別物の性能だということがわかりました。



というところで、近況報告です。
大会のタイミングが悪くて出られないんですが、一応新しいものを設計し始めています。
まぁ、正統な路線のマシンになりそうです。(本邦初!)
そのうちできたらまとめます。











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横須賀大会後変更なし
23年度津田沼祭参加したが、変更なし

●まず直すべきところ
CIMG4540.JPG
センサ基板、中央部分
LED用のパターンが剥離
かなり面倒なことになっている




CIMG4544.JPG
実はデジタルセンサの方の寸法図面がよろしくなく、基板にしっかりとハンダ付けできてない。
足の短いGNDはうまくハンダできないことがある。




さっさとHAKUで削りなおす。

●何らかの手をこうじる必要がある、優先
CIMG4542.JPG
ホイールのイモネジのネジがなめつつある。
⇒別の穴をあけてタップ立てればよい。

はやくやる。



●何らかの手をこうじる必要が、あるかもしれない
CIMG4543.JPG
写真はステアの最終段ギア
シャーシにネジが接触して、シャーシが削れている。

⇒まぁ動くからいいか。ってかどうしよーもないし。




◆やらなきゃいけないこと
センサ基板をもう一回作る。

脳内議会で予算折衝すべきこと
・デジタルセンサとIRLEDが足りていない。

そもそも次の大会にこれで出るかは、かなり疑問。

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昨日です、横須賀大会に行ったのは。
もともとヘンテコマシン作ってるので、勝ちにいけるとは思ってませんけど感想はしてみたいです。今年2年目になりましたけど未だにロボットに坂道検出する機能がないので、ソロソロそれも設計に加えていかないといけないと思ってます。

2回走りました。
はじめはスネークロードに入ってから、ラインを見失い落ちました。
次は、まったく追従することなく普通に落ちました。

とても阿呆な原因です。
前日走った時に坂道でセンサが構造的に浮いてしまうことが分かったのでゴムで引っ張ることにしました。それ自体はうまく行きました。けれどもそれによってセンサがコースに押しつけられすぎてうまくライントレースできないぐらいにセンサにグリップ力が出てしまいました。
というのが1走目。
でもって、センサにつけるフニャフニャしているモノを滑りやすいものに変更しました。
そうしたら、センサとコースの距離が変わってしまってアナログセンサが仕事をしなくなりました。
というのが2走目。

がしかし、それ以前に前日の試走でもクランク突破できてなかった。


メカの調整もソフトの調整もほとんどしてなかったのですから、自分のやる気の問題です。4年生にもなって完走するロボットも作れないなんて・・・。

CIMG2304.JPGこれです。だれの参考にもならないクソマシン3号です。
重量:1kg
トレッド200ホイールベース165ぐらい
センサアームも200ぐらい。
駆動用モータ:1  5:1
操舵用モータ:1  38.3:1
タイヤ径:65
両方ともファールハーバの11Wのモータです。
はっきり言ってモータの出力は抜群だと思います。
モータ一個でもかつてない加速をします。が加速し過ぎるので速度制御は比例ゲイン1に対して積分ゲイン300です。誤差1積算値10分の1に対する300です。のろーっと加速します。

1個しか駆動モータがないので、デファレンシャルギアです。カーブぐらいはきれいにまがれ・・・ません。滑って落ちます。
クランクも曲がれません。滑って落ちます。
ゆっくり走ればいいのですが。
おそらく旋回のモーメントがモータからは得られないので、ステアリング切るとタイヤのグリップ量の限界にすぐなってしまうのではないかと。
設計性能はかなり低いです。
曲がることはブレーキしてるのとおんなじになります。
残念です。

そして、エンコーダはモータにしかついてません。ステアリングにはポテンショもついてません。全部モータのエンコーダでやります。
おかげでハードウェアは位相計数2chモータドライブ2chという、素晴らしく簡素になります。
ソフトのデバッグもラクチン。内外輪の差も無ければ、ポテンショのフィルタもいらない。
モータの速度制御をPIDでするだけ(おんなじゲインではいけないですけど)。

メカはデフを組み込むので面倒ですが。
別にそれほど・・・、デフは大きめに作ったのでそんなに難しくない(同軸上にしてタイヤもでかくなった)です。



でもですね。今までのヘンテコマシンに比べたらだいぶ味のあるヘンテコ3号だと思ってるので設計方針はこれで固めていこうと思います。
つまりですね、次の大会も目指すということですよ。完走できないで終了というのはあり得ないですよね。

クランクとかで旋回が全然できないのは、(後輪駆動です)後輪もステアリングに同期して切ればなんとかなるのではと思います。そうすれば多少なりとも重心の法線ベクトルができるのでモーメントになりますね。
それでどこまで意味があるか知りませんけど・・・。やるのは半年ぐらい先ですけど。来年はRMCRあるといいな。

来年は大会で完走する。今年はこれから2足をやる(かなりやばい時間ない)。研究もぼちぼちやる(かなりやばいもちべしょんない)。

昨年の自分の創作数に比べると段違いに、何もやってない。半年度たってマイコンカー以外完成する雰囲気すら醸し出していない。

せ~つ~で~ん、です。全部行政府のせいだ。俺があんまり作業する気にならないのも、行政府のせいだ。
くそ行政府め、経済産業省め、毎年ただで夏休みにデモやりにいってやったのに。
な~んてな。




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なんやかんや、でモータの位置制御、速度制御はうまくいったのです。
アナログセンサ(SG-105)もそれとなくうまくとれて・・・。


で、正逆変更のとき貫通電流が生じていたのでした。
片側のPch(赤)Nch(黄)のゲートをそれぞれ見ると
1000-20u.pngこれが20usecぐらい遅延した時(10kΩと2000pF)


貫通電流ということがどういうものか知らないので、たぶんですが黄色より赤色が上回ってるあたりが問題なのではないかと思う。時たま電流制限がかかる。



1000-100u.png抵抗を56kΩに取り換えてみた。


問題であろうと考えていた部分はすこぶる小さくなった。が、まだ不安かもしれない。電源器は電流制限しなくなった。



1000-150u.pngコンデンサを3000pFにした。


さっきと変らない。電源器は電流制限しない。



つまり、この問題は遅延云々とは関係ない。
後でじっくり検討してみないといけない。

でも取り合えず動いたのでまあいいか。



今朝HS-7954SHがやってきた。おそらく、出荷時期を示すであろう葉っぱシールが「年、月」じゃなくて「PASS」とだけで書いてあるようになった。

さて、今夜からは2足の設計も始めるとしよう。
いままで、マウス邪魔だなとおもい使ってなかったんですが使ってみたら、こちらの方が仕事が早い。おそらく2倍ぐらいの速度で設計ができるでしょう。まだ俺の部屋にマウスを動かすだけの空間があってよかった。
しかし、dynabookはInventorをカツカツにしかうごかせません。

残念。

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このごろは、サイバネティクスという本を読みつつ大学にいったり帰ってきたりする今日この頃です。
朝の喧騒の中、リュックを置いて本を取り出す。立ち、座り、どちらになるかはそのときしだい。どちらにせよ、10分ほどしか読めないので、牛歩のごとく進みます。
まだ、序章といったところです。書かれたのは数学者さんのようです。
学問にはさまざまな分野がありますけど、どれもこれもはじめから全部そろっていたわけではないです。
その時代ごとの文化や政治・宗教の波の中で、「このようなことを研究すれば、社会は豊かになる。」とどなたかが考えて、多くの知恵者がさまざまに議論を重ね1つの研究分野として完成されるわけです。

そこには偉大なる先駆者が居るわけです。ある意味では宗教の開祖みたいなものでしょうか。

と、いうようなドラマが学問の成立には欠かせないです。
私としては、このような単なる知的探究心の満足にとどまらない面白さが、机に向かわせる原動力の大きな部分だと考えています。

けれども、残念なことにその成り立ちにかかわれる人というのはごくわずか、私たち大学生が知っている学問というのは、「AB学」とか「CD理論」といったものを講義で学ぶばかり、これは面白く思う人も居るのかもしれないですけど、学問的な面白さというものはないですね。
講義で得られるものは、専門的な知識とそれ見向かう専門家のものの見方考え方と人の情熱です。
本質的に学問の興味関心とはまた別のものです。


で!

ついに例の回路にPWMをかけてみました。
CIMG2269.JPG







先に感想を述べると、モータドライバといっても理想的なものに近づけるための現実の努力というのは理想的な状態に比べ、圧倒的に豊富なパラメータを持っているということ。

事実は語る・・・というやつですな。

今回作ったモータドライバは「フリーモードとCWとCCW」がしっかりできることでした。
(ここで言うしっかりというのはよくわからない)

で、周波数とデュティをいじって振る舞いを観察。
赤い線がPchのゲート、黄色い線がPchのドレイン
モータはファールハーバの2232SR?
まずは周期16msec
25000-1.png25000-3.png25000-7.png






デュティは1/255,7/255,127/255です。
「ふーんこうなるのか」・・・どうなったら、どうなのか という感覚が全然ないのでようわかんない。
次に1.6msec
2500-1.png2500-3.png2500-7.png






デュティはさっきと一緒。
なんやら、ゲート電圧を持ち直すには時間が掛かるらしい。
そして0.16msec
250-3.png






デュティは7/255のみ。
うむ、もはやゲートにか掛かる電圧は~波と名前がつきそうだ。

で、モータを見ていた感想としては
周期長い → デュティに比例した回転数の変化がありそう。
周期短い → デュティが5割ぐらいから、ほとんど100%で回っているぽい。

ふむ。制御するなら、周期は長いほうがいいのかなぁ?

周期が長い → モータがバタバタする。
周期が短い → モータが落ち着いてる。

周期は短い方が安定したものになるのかなぁ?





ここでなんか50%なのに100%みたいになってる問題について考察。
ゲート電圧が直に下がらないことが問題なのではないか・・・。その周辺の回路構成に改善すべき点がありそう。


ちなみに、教科書的な搬送周波数はもうさらに10倍ぐらいすべき。



うむ、わからんことばかりだ。
がしかし、しっかりモータを回せる回路を作れたことはとてもうれしい。



今のところ何をどう改善するか方針すら立たないので、このままで大会へいぐ。

もーっとしっかり、FETやらと戯れる時間をサークル時代に持っておけば、いろんな回路構成が取れたんだろうになぁ。
ブレーキモードはいつ使うんだろうね。

制御モデルのPWMのときは、OFFはふりーなのかな、ブレーキなのかな・・・わからなーい。

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ふむふむ。若干忍者ブログのエディタが変わったようです。

先日、盆棚なるものを作りました。えらい、面白かったです。夏の盆と言えば、提灯をぶら下げお墓参りです。暑いなかも、ご先祖様に思いはせ「今年はこんなことがありました。」と伝得るときですね。

それはさておき、今日は研究室に一時は4人もいるようになりうれしいばかり、少しは盛んな(騒いでるのではなく)研究室に近づいて行けるとよいと思っています。電気もあるし、トイレもあるし、エアコンも付けられる素晴らしい環境なので、みんなもっと研究室に来て活発に研究なり議論なりを深めてくれればと思います。


で、先日来MCRを図面から実物にしようという作戦が始まっているわけですが、あんまり進んでおりません。今のところ大きな想定外があったわけではないのですが、もともと作るのはあんまり要領よくすすめられるタイプではないので、ちょっと時間がやばいかなと思い始めています。
一応こんなものが進んでいます。
CIMG2259.JPG







CIMG2260.JPG







大きさ、それなりに収まりそうです。まだまだ信号の配線をしてないのでこれからワシャワシャしていくのだと思います。マイコンはSH7125なので、その部分が小さくできるのはいいところですかな。
1つ、トランジスタのパッケージが破損してしまっているのですが・・・どうなんだろう大丈夫だろうか・・・。という感じです。だめっぽかったら取り替えますけど。

こんなところ


実はこの前のセンサ基板のハンダ付けもまだしてません。それより、ちゃんと削れていたのかのチェックもしてないですが・・・・。

メカの方はシャーシ、ギアボックスなりはほぼできています。回路取り付け用のパーツとタイヤを作ったら、一通り完成といったところ。
meka.jpg実物の写真は撮り忘れました。






水曜日にはそれとなく安心できるぐらいにはしたいものです。

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プロフィール
HN:
Adel
年齢:
27
性別:
男性
誕生日:
1989/09/17
職業:
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趣味:
モチベーション探し
自己紹介:
ロボットつくるのが夢
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