Ανάπτυξη οδήγησης κινητήρα DC με έλεγχο ρεύματος και θέσης

Abstract

This work concerns the design and implementation of a set-up consisting of electronic elements, which can either control the current flowing through a DC servomotor, or the position of its axle. The purpose of implementing such a design is to use it in a four-legged robot later on. It must be able to receive a current or position command from the robot‟s main control unit, and apply a certain type of control to the robot‟s motors. This must be done according to certain specifications concerning the volume, weight, power and response of the final setup. In the beginning, we design the setup from a theoretical point of view, not using specific components, but blocks with certain functionality. Next comes the translation of these blocks into electronic components having the same functionality. We select specific components which are capable of delivering results equal or better to the desired specifications. The control algorithm is implemented using a microprocessor. Programming the microprocessor is a large part of this work. After designing the setup and connecting the components together, we created an IC board with all the required parts. The whole control system is calibrated and the setup is tested to see if the required specifications have been met. Finally these test results are presented

Η εργασία αυτή περιλαμβάνει την μελέτη, σχεδίαση και υλοποίηση μιας ολοκληρωμένης διάταξης ηλεκτρονικών η οποία μπορεί να ελέγξει είτε το ρεύμα που διαρρέει έναν σερβοκινητήρα συνεχούς ρεύματος και κατ? επέκταση την ροπή που αυτός ασκεί, είτε την θέση της ατράκτου του. Τελικός σκοπός είναι η χρήση της διάταξης που θα αναπτύξουμε σε ένα τετράποδο ρομπότ. Συγκεκριμένα θα λαμβάνει εντολές από το κεντρικό σύστημα ελέγχου και θα πρέπει να εφαρμόζει τον απαιτούμενο έλεγχο στους κινητήρες των ποδιών του ρομπότ. Η ανάπτυξη της διάταξης γίνεται με βάση συγκεκριμένες προδιαγραφές οι οποίες αφορούν τον όγκο, βάρος, ισχύ και απόκριση του τελικού αποτελέσματος.

Αρχικά γίνεται ο σχεδιασμός της διάταξης σε θεωρητικό επίπεδο, δηλαδή εξετάζεται επισκοπικά ο τρόπος λειτουργίας της. Καταλήγουμε σε ένα σύστημα ελέγχου το οποίο αποτελείται από ορισμένα υποσυστήματα. Στην συνέχεια εξετάζουμε τον τρόπο υλοποίησης των υποσυστημάτων αυτών με ηλεκτρονικά κυκλώματα. Ακολουθεί η επιλογή των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων έτσι ώστε να μπορεί η τελική διάταξη να πληροί τις προδιαγραφές που έχουν οριστεί αρχικά. Μετά την σύνδεση των επιμέρους τμημάτων υλοποιείται ο ελεγκτής με την βοήθεια μικροεπεξεργαστή. Ένα πολύ μεγάλο μέρος της εργασίας αυτής περιλαμβάνει τον προγραμματισμό του μικροεπεξεργαστή έτσι ώστε να εφαρμόζεται αποδοτικά ο απαιτούμενος έλεγχος.

Μετά από τον σχεδιασμό της συνολικής διάταξης και τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή υλοποιείται η ηλεκτρονική πλακέτα που περιλαμβάνει όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που απαιτούνται για την λειτουργία της διάταξης. Αφού γίνει βελτιστοποίηση των παραμέτρων του κυκλώματος, εξετάζουμε αν η λειτουργία της διάταξης είναι ικανοποιητική με βάση τις προδιαγραφές που έχουμε ορίσει. Αυτό γίνεται υποβάλλοντας την διάταξη σε δοκιμές με βάση τα πραγματικά δεδομένα. Στην συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αυτά.