Siłowniki są inteligentnie sterowane przez silniki cyfrowe

r_910_12_3r_910_12_4
Siłowniki analogowe to naprawdę genialne fragmenty sprzętu.

Ale jest jeszcze lepsza alternatywa: cyfrowe siłowniki!
W oparciu o działanie „normalnego” siłownika można dowiedzieć się, co jest o wiele lepsze w najnowszych cyfrowych rozwiązaniach.
Siłownik to połączenie silnika prądu stałego, prądu przemiennego lub bezszczotkowego z obwodem wykrywania położenia.
W modelowaniu i robotyce zwykle znajdujemy trójprzewodowe serwomechanizmy prądu stałego.
Taki siłownik składa się wówczas z silnika prądu stałego, przekładni redukcyjnej i dwóch mechanicznych „zatrzymań” zapobiegających obracaniu się trzpienia poza skrajne położenia.
Zwykle siłownik zawiera również potencjometr, który umożliwia przekazanie pozycji trzpienia do małego elementu elektronicznego.
Obwód jest, zatem łącznikiem między silnikiem, zmierzoną pozycją a światem rzeczywistym.
Trzy przewody przenoszą napięcie zasilania, masę i sygnał sterowania do siłownika.
Sygnał sterujący – w modelowaniu RC zwykle dostarczany przez odbiornik – określa pozycję docelową wrzeciona siłownika.
Jeśli siły zewnętrzne (takie jak ciśnienie powietrza na steru modelu samolotu) spróbują zmienić położenie wrzeciona, sprzężenie zwrotne w obwodzie sterowania przeciwdziała ruchowi i zapewnia, że ster pozostaje w pożądanym położeniu.
Dopóki jego sygnał sterujący pozostaje niezmieniony, siłownik utrzyma bieżącą pozycję trzpienia, korygując ją w razie potrzeby.
Tylko w przypadku zmiany sygnału sterującego trzpień przesunie się w inne położenie.
Działanie
Sygnał sterujący składa się z prostokątnych impulsów z wahaniem napięcia 5V.
Czas trwania impulsu jest stały, a szerokość poszczególnych impulsów określa pozycję wrzeciona.
Pozycja zerowa lub początkowa siłownika odpowiada szerokości impulsu około 1,5ms.
W zależności od pożądanej wielkości obrotu trzpienia, impulsy sterujące są skracane lub wydłużane.
Jednak okres 20ms jest utrzymywany przez cały czas.
Trzpień serwomotoru jest połączony z potencjometrem.
W konsekwencji pozycja ślizgacza potencjometru nie tylko wskazuje pozycję trzpienia, ale także odpowiada pewnej szerokości impulsu.
Wewnętrzny układ elektroniki dba o tę stałą relację, utrzymywania pozycji trzpienia do momentu zmiany szerokości impulsu sygnału sterującego.
Cyfrowa droga
W ostatnich latach siłowniki uległy ogromnemu ulepszeniu – rozmiar, czas reakcji i siła siłownika były stale ulepszane.
Najnowsze opracowanie zwane „cyfrowym siłownikiem” jest ważnym krokiem naprzód.
Zasadniczo cyfrowe siłowniki odpowiadają analogicznemu poprzednikowi.
Jedyną różnicą jest aktywność mikrokontrolera stale analizującego sygnał sterujący i, w razie potrzeby, sterującego silnikiem.
Konstrukcja mechaniczna jest taka sama jak analogicznego odpowiednika.
Zastosowanie mikrokontrolera oferuje znaczące zalety.
Jak już wspomniano, analogowe siłowniki są w stanie skorygować położenie trzpienia, aby przeciwdziałać siłom zewnętrznym.
Niewiele się wydarzy, jeśli zewnętrzne „zakłócenie” będzie niewielkie, ponieważ niewielkie zmiany odpowiadają wąskim impulsom.
W wielu przypadkach efektywna moc dostarczana do silnika w tych warunkach jest zbyt niska, aby silnik mógł się obrócić, tak więc powstaje pewna histereza: poniżej pewnego ograniczenia siłownika, zareaguje w sposób nieliniowy na zakłócenia w pozycji trzpienia.
W przypadku siłowników cyfrowych mikrokontroler został zaprogramowany w taki sposób, aby „rozpoznawał” specyficzną reakcję silnika i uwzględniał go w sposób, w jaki jest sterowany.
Na przykład szerokość impulsów wysyłanych do silnika w odpowiedzi na stosunkowo niewielki ruch trzpienia będzie większy niż w przypadku serwomechanizmu analogowego.
Ponieważ oprogramowanie pozwala procesorowi obliczyć optymalną ilość i długość impulsów sterujących dla określonych zakłóceń lub pożądanej pozycji, cyfrowy siłownik pokaże znacznie szybsze i dokładniejsze reakcje.
Nie tylko „inteligencja” sprawia, że siłownik zachowuje się tak, jak chcemy.
Kolejną różnicą w porównaniu z siłownikami analogowymi jest zastosowanie znacznie wyższych częstotliwości przełączania impulsów sterowania silnika.
Zwiększa to nie tylko dokładność, ale także pozwala na dostarczenie większej mocy, ponieważ silnik może być częściej włączony.
Dodatkowa moc jest nie tylko praktyczna w utrzymaniu istniejącej pozycji trzpienia, ale także przy przejściu do nowej, ponieważ czujnik może przyspieszyć znacznie szybciej i osiągnąć pozycję docelową na długo przed analogicznym odpowiednikiem.
Wady
Zwiększone zużycie energii jest bezpośrednią konsekwencją wyższych prędkości impulsów silnika.
Tę wadę należy odpowiednio uwzględnić przy stosowaniu nowych siłowników cyfrowych w dowolnym sprzęcie zasilanym akumulatorem, takim jak model statku.
Na szczęście problem ten można łatwo pokonać dzięki najnowszym postępom w technologii akumulatorów.
Autor: Giel Dols

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.