Stabilizace stejnosměr. motorku pomocí PWM a snímače otáček

[AdamVarga]

Neprečítal som si úplne celé vlákno ale z toho čo som vyčítal by ideálna bola regulácia ktorá vôbec nezávisí na teplote ani na napätí napájania ani na neao RC členu ktorý by tvoril kritickú súčasť regulácie

A myslím že jediný spôsob ako dosiahnuť naozaj presnú reguláciu otáčok je pomocou fázového závesu.

Snímanie otáčok môže byť teda pomocou rotujúceho disku s dierkami a fotozávorou, produkoval by teda obdĺžnikový impulz ktorého frekvencia a fáza by bola porovnaná ku časovej základni ktorú si môžeš barz aj z kryštálu odvodiť.

Existuje rad logických obvodov ktoré sú vyslovené stvorené na takéto srandy, a naj jednoduchšie a rýchlejšie riešenie je integrovaný obvod 4046 (CD4046, CD74HC4046, CD74HCT4046 alebo jeho "nástupca" 7046)

Tento integrovaný obvod zahŕňa v sebe 3 fázové komparátory (4046) ktoré sa všetky chovajú rozdielne a tieť zahŕňa prevodník U-F (VCO alebo teda napätím ovládaný oscilátor).

Pre túto konkrétnu aplikáciu môžeme úplne odstaviť VCO pomocou spojením pinu INH s napájaním 5V, tým sa plnohodnotne vyradí VCO z činnosti.

4046 obsahuje 3 fázové komparátory.
PC1 je fázový komparátor citlivý na nábežnú aj dobežnú hranu impulzov. Je to jediný zo všetkých čo sa takto chová a vyžadoval by si kopec sprostostí okolo a je schopný uzamknúť sa na násobky frekvencie časovej základne a je citlivý na striedu signálu čo si vyžaduje extra prípravu impulzov z optozávory.

Komparátory PC2 a PC3 sú citlivé iba na nábežnú hranu impulzova na ich vstupe. Čo robí život značne lahším. Neriešime streidu a do velkej časti ani moc tvar signálu (invertorové vstupy sú do isten miery schmittové)

Výstup komparátora je pulzne šírkovo modulovaný obdĺžnikový signál. PWM pripravené PRIAMO pre výkonový regulátor!

v datasheete 4046 sa ukazuje ako sa chová PC3 a PC2. PC2 je ale naj vhodnejší a jednoduchší fázový komparátor pre naše potreby. Ten je nielen že fázovým komparátorom ale aj frekvenčným detektorom. To znamená že do momentu ako kým frekvencia z optozávory sa nevyrovná časovej základní, ak je pomalší výstup komparátora bude držaný na 100% striede a ak je rýchlejší ako ČZ tak drží 0%, Je tu ale jeden medzistav keď je fáza a frekvencia presne identická tak výstup tohoto obvodu je držaný vo vysoko impedančnom stave, teda tvári sa akoby nič k nemu nebolo pripojené. Je múdre pridať pulldown rezistor na tento výstup.

PWM signálom priamo z jeho výstupu tak teda môžeme priamo ovládať mosfet ktorý spína motor nejakou striedou ktorý si sám nastaví náš fázový komparátor podľa chyby sekvencie pulzov z časovej základne a optozávory.
Najlepie je že regulácia je instantná takže ak sa to krúti čo i len o trocha rýchlejšie tak fázový komparátor proste vynechá pulzy a okmažite žiadny prúd netečie motorom. V podstate je to taká rýchla proporčná regulácia že podľa mňa nebude vôbec nutné riešiť nejaké RC I alebo nedajbože D zložky v spätnej väzbe.

Táto regulácie je okrem jednoduchosti aj extrémne presná. Máš 0% a 100% výkonu aplikovaného pri sklze fáze signálu, čo v konečnom dôsledku znamená že to otáčky teda frekvenciu snímanej z optozávory nikdy nedovolí klesnúť ani narásť nad alebo pod frekvenciu časovej základňe.

Metóda regulácie rýchlosti fázovým závesom je populárna už dekády. Kotúčové magnetofóny stvorené na zvukový zánam mali takú regulácie, tiež aj kotúčové videomagnetofóny ale tie obyčajné VHS prehrávače majú fázový záves čo reguluje otáčky capstanu. (vo video magnetofonoch to umožnovalo dokonca sa zavesiť na nejaký tón nahratý na páske, zaručujúc dokonalé sledovanie priečne nahratých stôp na páske s nulovou chybou, to sú veci)

A najlepšie je že túto metódu regulácie otáčok je v tomto prípade velice jednoduché aplikovať a vyžaduje si optozávoru s fotodiodou a LED, jeden tranzistor ako zosilňovač s vysokým zosilnením pre vytvorenie relatívne ostrej nábežnej hrany. jeden integráč 4046 a lubovolnú časovú základňu. Či už tvorenú jedným invertorom a RC členom alebo kryštálom a deličkou.

[lubos1961]

Na takovéto řízení i s nastavitelnou předděličkou byl už před mnoha lety integráč TDA1533, Tesla jej také dělala (MDA1533), u nás jsem jej viděl pouze v gramofonu MC 600Q a dokonce se dá stále koupit.

[AdamVarga]

S TDA1533 sa nestretávam prvý krát, avšak už sa nevyrába a ani nebude, a absencia poriadneho datasheetu z toho robí neperspektívny integráč na hocakú novú konštrukciu ak to prose viem spraviť s lacnejším kombom pár trandov a mosfet

[Hill]

Ve videu se skutečně zavěšoval capstan motor na "perforaci" zaznamenanou na pásku, ať už ji tam zaznamenaly hlavy na bubnu nebo (u nejrozšířenějších systémů domácího videa) samostatná hlava. Při záznamu se otáčky capstanu řídily vesměs pevným kmitočtem. Takový systém V2000 nepotřeboval synchronizační stopu vůbec, tu zastoupilo střídání pilotních kmitočtů pro sledování obrazových stop. Při záznamu si během 1,5 řádku zkontroloval přeslech z předchozí stopy obrazu a podle něj upravoval rychlost pásku tak, aby dosáhl maximálně možné hustoty záznamu bez mezistopových mezer. Při kolísání rychlosti byl obraz neklidný svisle.
Horší to bylo s řízením otáček bubnu - tam záleželo na tom, aby během půlsnímku měl obvodovovu rychlost ideálně konstantní, ale současně zaujal při půlsnímkovém impulsu vždy definovanou polohu vůči pásku.
Ta konstantní obvodová rychlost by se dala zařídit větší setrvačnou hmotou, aby nevadily nepravidelnosti tření hlav zabořených v pásku (uvědom si, že i u VHSky je délka stopy se záznamem 312,5 řádku jen těsně pod 97 mm, tedy jeden TV řádek byl zapsaný v délce 0,31 mm, ale na obrazovce byl každý řádek roztažený i na více, než 40 cm!). Jenomže roztočený buben skokem neubrzdíš, ani nezrychlíš, když PLL zjistí, že v době půlsnímkového impulsu není v žádané, přesně definované poloze. Vždycky tam bude nějaká doba reakce regulační smyčky a je to z principu neodstranitelný jev. Při přepisu se "zhoupnutí" regulačních smyček samozřejmě sčítalo (tedy, pokud nešlo o přepisový stroj se sadou bubnů na společné hřídeli).
Na neupravené televizi se to projevovalo tak, že horní část obrazu vlála do stran, protože řádková synchronizace v televizi byla orientovaná na to, aby byla maximálně odolná proti zarušení a impulsů, které přišly mimo určité časové okno, si nevšímala. Měla proto charakter těžkého setrvačníku, jehož poloha se kontrolovala jednou za půlsnímek. Když se ten "setrvačník" neodpojil (zkrácením časové konstanty smyčky synchronizace), obraz na televizi vždycky na horním okraji vlál do stran. Některé televizory na tom byly dokonce tak, že bez zkrácení časové konstanty ani neudržely obraz z videa zasynchronizovaný.

Abych se dostal k problematice filmové kamery: krouticí moment, který je potřeba k transportu filmu, se během jednoho okénka drasticky mění. U takové šestnáctky filmu, má-li mít film čas zastavit a uklidnit se v okeničce, být exponovaný, a do dalšího kroku závěrka zavřená, nemůžeš při 24 obr./s počítat s expozicí delší, než asi 1/50 s. Ten zbytek potřebuješ na všechny úkony potřebné k posunutí filmu, tedy zatemnění, rozjezd, posuv, uklidnění a další expozice.
Čím rychlejší výměna políčka, tím větší rázy pro pohonný mechanismus. Opět by to bylo možné řešit setrvačníkem, aby se nemusel příliš předimenzovat motor, ale film má také nějakou hmotnost a vyhovovalo by mu spíše něco pružného, aby nebyl při posuvu příliš namáhaný. Takové podmínce setrvačník nerad vyhoví.
Je tedy nutné pořešit co nejplynulejší zrychlení strhu a jeho dobrzdění, aby se nenasekala perforace, což by znehodnotilo celý výsledek snažení.
To je větší problém u drapákových mechanismů, které pohání klikový nebo vačkový mechanismus ve dvou osách, než u maltézského kříže, který se o to plynulé zrychlení a zpomalení postará jaksi z principu. Z tohoto pohledu to mají jednodušší větší formáty, u nichž to bez maltézáku nejde.
Tedy záleží na konstrukci transportního mechanismu, který může od motoru vyžadovat krouticí moment měnící se v poměru, který si netroufám ani odhadnout.
Z toho vychází, že stačí hlídat polohu transportního mechanismu dvakrát až čtyřikrát za snímek (aby nekolísala expozice; nerovnoměrnost pohybu v obrazu, pokud není doprovázená kolísáním osvitu, do značné míry neruší). snímkovou frekvenci je žádoucí udržet konstantní. A celkem nezáleží na tom, zda bude regulace digitální, nebo analogová. Jestli se budou otáčny snímat parametricky (tachodynamem, Wattovým regulátorem), je žádoucí, aby měla vykompenzovanou teplotní závislost, a aby regulace působila zvolna (to kvůli té expozici, jejímž důsledkem by bylo blikání obrazu). Na to je potřeba myslet, jestli se mají někde načítat a zase umazávat stavy impulsů v registru, aby ta rezerva a následné vyhodnocení nezpůsobovaly "kopance do motoru".
Je to prostě jednou mechanismus složený z konečných hmotností, který se pohání buď poměrně nenáročným stejnosměrným, nebo i střídavým asynchronním motorem, nebo drahým a nutně zbytečně výkonným krokovým (potažmo synchronním) motorem.

[Hill]

Ve videu se skutečně zavěšoval capstan motor na "perforaci" zaznamenanou na pásku, ať už ji tam zaznamenaly hlavy na bubnu nebo (u nejrozšířenějších systémů domácího videa) samostatná hlava. Při záznamu se otáčky capstanu řídily vesměs pevným kmitočtem. Takový systém V2000 nepotřeboval synchronizační stopu vůbec, tu zastoupilo střídání pilotních kmitočtů pro sledování obrazových stop. Při záznamu si během 1,5 řádku zkontroloval přeslech z předchozí stopy obrazu a podle něj upravoval rychlost pásku tak, aby dosáhl maximálně možné hustoty záznamu bez mezistopových mezer. Při kolísání rychlosti byl obraz neklidný svisle.
Horší to bylo s řízením otáček bubnu - tam záleželo na tom, aby během půlsnímku měl obvodovovu rychlost ideálně konstantní, ale současně zaujal při půlsnímkovém impulsu vždy definovanou polohu vůči pásku.
Ta konstantní obvodová rychlost by se dala zařídit větší setrvačnou hmotou, aby nevadily nepravidelnosti tření hlav zabořených v pásku (uvědom si, že i u VHSky je délka stopy se záznamem 312,5 řádku jen těsně pod 97 mm, tedy jeden TV řádek byl zapsaný v délce 0,31 mm, ale na obrazovce byl každý řádek roztažený i na více, než 40 cm!). Jenomže roztočený buben skokem neubrzdíš, ani nezrychlíš, když PLL zjistí, že v době půlsnímkového impulsu není v žádané, přesně definované poloze. Vždycky tam bude nějaká doba reakce regulační smyčky a je to z principu neodstranitelný jev. Při přepisu se "zhoupnutí" regulačních smyček samozřejmě sčítalo (tedy, pokud nešlo o přepisový stroj se sadou bubnů na společné hřídeli).
Na neupravené televizi se to projevovalo tak, že horní část obrazu vlála do stran, protože řádková synchronizace v televizi byla orientovaná na to, aby byla maximálně odolná proti zarušení a impulsů, které přišly mimo určité časové okno, si nevšímala. Měla proto charakter těžkého setrvačníku, jehož poloha se kontrolovala jednou za půlsnímek. Když se ten "setrvačník" neodpojil (zkrácením časové konstanty smyčky synchronizace), obraz na televizi vždycky na horním okraji vlál do stran. Některé televizory na tom byly dokonce tak, že bez zkrácení časové konstanty ani neudržely obraz z videa zasynchronizovaný.

Abych se dostal k problematice filmové kamery: krouticí moment, který je potřeba k transportu filmu, se během jednoho okénka drasticky mění. U takové šestnáctky filmu, má-li mít film čas zastavit a uklidnit se v okeničce, být exponovaný, a do dalšího kroku závěrka zavřená, nemůžeš při 24 obr./s počítat s expozicí delší, než asi 1/50 s. Ten zbytek potřebuješ na všechny úkony potřebné k posunutí filmu, tedy zatemnění, rozjezd, posuv, uklidnění a další expozice.
Čím rychlejší výměna políčka, tím větší rázy pro pohonný mechanismus. Opět by to bylo možné řešit setrvačníkem, aby se nemusel příliš předimenzovat motor, ale film má také nějakou hmotnost a vyhovovalo by mu spíše něco pružného, aby nebyl při posuvu příliš namáhaný. Takové podmínce setrvačník nerad vyhoví.
Je tedy nutné pořešit co nejplynulejší zrychlení strhu a jeho dobrzdění, aby se nenasekala perforace, což by znehodnotilo celý výsledek snažení.
To je větší problém u drapákových mechanismů, které pohání klikový nebo vačkový mechanismus ve dvou osách, než u maltézského kříže, který se o to plynulé zrychlení a zpomalení postará jaksi z principu. Z tohoto pohledu to mají jednodušší větší formáty, u nichž to bez maltézáku nejde.
Tedy záleží na konstrukci transportního mechanismu, který může od motoru vyžadovat krouticí moment měnící se v poměru, který si netroufám ani odhadnout.
Z toho vychází, že stačí hlídat polohu transportního mechanismu dvakrát až čtyřikrát za snímek (aby nekolísala expozice; nerovnoměrnost pohybu v obrazu, pokud není doprovázená kolísáním osvitu, do značné míry neruší). snímkovou frekvenci je žádoucí udržet konstantní. A celkem nezáleží na tom, zda bude regulace digitální, nebo analogová. Jestli se budou otáčny snímat parametricky (tachodynamem, Wattovým regulátorem), je žádoucí, aby měla vykompenzovanou teplotní závislost, a aby regulace působila zvolna (to kvůli té expozici, jejímž důsledkem by bylo blikání obrazu). Na to je potřeba myslet, jestli se mají někde načítat a zase umazávat stavy impulsů v registru, aby ta rezerva a následné vyhodnocení nezpůsobovaly "kopance do motoru".
Je to prostě jednou mechanismus složený z konečných hmotností, který se pohání buď poměrně nenáročným stejnosměrným, nebo i střídavým asynchronním motorem, nebo drahým a nutně zbytečně výkonným krokovým (potažmo synchronním) motorem.

[AdamVarga]

https://www.youtube.com/shorts/6IgV17qdhLM

Tu je na jednoduchý fázový záves príklad.

4pin vetrák s väžbou otáčok a PWM IN

Časová základňa pomocou relaxačného oscilátora z LM358

Otáčky riadené frekvenciou ČZ. Stabilita regulácie je priamo závislá na snímanej frekvencií a časovej základni takže čím vyššia tým stabilnejšia. Okrem toho prídavná zotrvačnosť vôbec ničomu neškodí.