2017-02-09 18:02 | カテゴリ:PIC応用回路
自動で回転数を維持すべく、引き続き悪戦苦闘しています。

制御装置の回路から、RCフィルターを通したポイントの波形観測点を引き出しました。


(測定回路)
MTC21.jpg

つづきはこちらで




さて、気を取り直して、まずはモーターの起電力を見てみることにしました。
コントローラの出力をミニDD51のモータ端子とオシロに接続して、手動モードで波形を出してみました。
実際の出力波形はこの様なパルスの波形になります。

(MTC22)
MTC22.jpg

この波形が、RCのローパスフィルター経由でオシロで観測しました。
モーターか回転し始めると、0.数Vから1V程度の電圧波形が観察されました。

(MTC23)
MTC23.jpg


回転を上げていくと、当然ですが、それにつれて、上昇していきます。


(MTC24)
MTC24.jpg


この観測点は、コントローラの出力から、抵抗とコンデンサーのローパスフィルターを通したものですから、パルス状の高周波成分はカットされています。
しかし、山(富士山)状の波形から、すそ野が下がっていき、次の山に至る波形です。


そのうえオシロの写真からもわかるように、毎回の波形の高さなどに結構なばらつきが見えます。
一体、この波形のどこをどのようにサンプリングすればいいのでしょう??
電圧を上げていくと、周期が短くなって、なおかつ電圧波形も上昇していきます。

電圧目盛は、1Vですから、2-3Vの電圧が出ているようです。

電圧印可開始早々の状態と、ある程度回転数が上がった状態で、車両のモーターの回転状態と、波形をオシロで観てみました。


(ビデオ)
誘導電圧観察



次に、周波数制御の点ですが、走行開始時点の周期が長い間は、周期制御の増減値を大きくとらなければ、実際にモーターに影響を与えるくらいの変化にはなりません。
反対に、ある程度走り出して、高速走行期間には周期が少し変われば、それ以上に速度も変わるようになります。
つまり、周期に応じて、制御の周期増減値を加減する必要がありそうです。


これらを検討した結果、

(1)起電圧測定は、パルス終了後、少し間をおいてからAD変換を開始し、それを次のパルスが始まる直前まで繰り返して測定し、最後にそれらを回数で除して平均をとる方法を採用しました。
少しは安定した値が得られると思います。

(2)周期をなるべくリニアに制御するために、パルス間隔を増減させる際に、その単位として、1とか10とかの定数ではなく、周波数そのものに応じて加減させるようにしました。
これにより、周期が長いときは、増減値が大きく、逆に短いときは小さくなるようにしました。

これらをプログラムに組み入れてテストしてみました。

(PFM方式完成ビデオ)


VRつまみを少し回せば、即座にモーターが低速回転し始め、動き出しました。
VRの加減によって、速度も以前とは比べ物にならないくらい、レスポンスよく増減されています。
このソフトは、VRによって制御しているのは、速度を指示する電圧であって、レールに直接電圧をかけているわけではありません。
SWでちゃんと指定電圧に合うようにモーターの回転制御をかけています。<--自慢ですよ~(笑)

少しくらい手で押さえても、しっかり反応して、モーターの回転を維持しようと動いています。

現状では課題として、速度を一定に保つ際の、速度の変化のばらつきが大きく、一定になるべき走行にギクシャク感がみられます。
原因として考えられるのは、

(1)毎回のパルスのフィードバック値が不安定になり、それにより出力が振られている可能性・
(2)周期調整用の各パラメータ増減値の大きさの調整不足。

です。
そこで、(1)のフィードバック値に関して、毎回のパルスのフィードバック値を10回ほどの移動平均をとって、それを元に制御する方法を試みました。

結果の動画です。


(ビデオ)
移動平均


ひえーっ!!
とんでもない動作になってしまいました。

びっくりするような、ガクガクの動きです。
はじめは、プログラムミスを疑って、何度も何度も見直し、確認しましたが、移動平均したフィードバック値は、非常に安定して、これを元に制御すれば、安定すると思いました。
しかし、よくよく考えると、毎回のフィードバック値が直前のパルスのフィードバック値と異なれば、帰還制御がうまくいかないわけで、当然の様です。

移動平均案は見事に却下されました(笑)

あとは、(2)のパラメータ調整です。
いろいろカット&トライを繰り返し、一応の暫定値を出しました。

これで、ショーティーの単純車両から、DD51(フライホイール無)や、EF81(フライホイール有)まで、かなりの低速からうまくスタートできる様になりました。


(ビデオ)
最終完成


これで、このシリーズは、無事完結しました。

参考までに、MPLABのプロジェクトを圧縮フォルダーでダウンロードできます。

MPLABXのプロジェクトフォルダー


【ジャンル】:趣味・実用 【テーマ】:鉄道模型
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