Necesito ayuda para diseñar un circuito de motor de CC de control de velocidad

Nos pidieron que diseñáramos un circuito de control de velocidad del motor utilizando los siguientes componentes:

15V source -> potentiometer -> LPF -> OpAmp -> ADC -> DAC -> OpAmp -> Motor Driver -> 3V DC Motor(por su bajo costo)

Voy a cablear esto en una placa de prueba.

Versión 2. (Con cambios sugeridos por JIm Dearden

1. Lo primero es lo primero, tengo una fuente de 15 y -15 (VCC, VEE)

1.1 (Actualización) Tengo dos resistencias de 20k antes del potenciómetro, por lo que tendría un control más preciso sobre el motor (-3V a +3V)

2. Un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de 100 Hz (mi profesor sugiere que usemos este valor solo para eliminar señales no deseadas)

3. Un amplificador operacional con ganancia unitaria porque necesito algo para controlar los transistores desde la salida de alta impedancia del potenciómetro.

4. Una configuración de amplificador push-pull que consta de los transistores NPN y PNP para que pueda hacer que mi motor gire en cualquier dirección (es decir, un controlador de motor).

Entonces mis preguntas son:

  1. ¿Son prácticos mis valores de resistencia/condensador?

  2. ¿Cómo implemento la parte ADC -> DAC?

  3. ¿Debo colocar una resistencia antes de la olla para que no se queme debido al alto voltaje?

Notas:

  • Sin PWM.

  • El circuito del controlador del motor también puede ser un circuito H-Bridge o IC, pero creo que sería más costoso.

También necesito algunas sugerencias sobre cómo mejorar el circuito.

"¿Necesito colocar una resistencia antes de la olla para que no se queme debido al alto voltaje?" - Tal vez. Es 10K y tiene 30 voltios a través de él. La potencia es V ^ 2 / R, por lo que está disipando 90 milivatios. Lo más probable es que su potenciómetro pueda manejar esta potencia.
Etiquete su riel de voltaje más bajo como "0V" en lugar de -15V, a menos que realmente sea un suministro de riel dividido. ¿Para qué sirve la parte ADC-DAC, es solo para hacer el ejercicio más difícil?
@ HL-SDK Oh, ¿así que no estaría de más si coloco uno? Solo quiero ir a lo seguro... ¡gracias por tu comentario!
@ pjc50 Creo que sí, pero realmente no entiendo el punto de agregar esos dos sin mencionar que los ADC y DAC son costosos
Mejor aclare sus requisitos para asegurarse de que los necesita :) - ¿quizás se supone que las partes de entrada y salida deben estar separadas, con un enlace digital entre ellas?
@pjc50 Ok, acabo de enterarme de que la parte ADC-> DAC es opcional, pero aún quiero saber cómo se puede hacer... se suponía que trabajábamos en parejas, pero no puedo confiar en mi compañero de grupo
Si PWM es una opción: modulador delta sigma con retroalimentación de detección de corriente. ¿Por qué no es un requisito PWM?
@jippie No tengo idea de qué es eso, pero lo busqué en wikipedia y vi un diagrama que consta de circuitos de amplificadores operacionales @_@... Creo que aún no hemos llegado a ese tema. (estudiante de ingeniería informática aquí) Editar: No nos enseñaron eso... todavía (¿ARDUINO...?)
Un modulador delta sigma es, en esencia, poco más que un amplificador operacional/comparador y un filtro de paso bajo. Lo siento, no puedo encontrar el diagrama de circuito simple que estaba pensando en este momento.
ADC -> DAC: Comenzaría por encontrar un ADC disponible barato que no tenga requisitos de control complicados, uno al que simplemente pueda proporcionarle un reloj. Luego busque un DAC coincidente. Luego diseñe una fuente de reloj. Es una obra importante. Podrías hacerlo simplemente con un microcontrolador, pero eso no se siente en el espíritu de la cosa.
@jippie Oh, está bien, parece que tengo que leer sobre eso... son las 2 a. m. aquí en mi casa... voy a dar por terminado el día
@pjc50 comencé a investigar esta tarde y descubrí que el disponible (y más barato) es el adc0808. ¿Sería suficiente un temporizador 555?
555 funcionaría para la frecuencia de muestreo baja que necesita allí, sí.
@ pjc50 comencé a leer la hoja de datos de adc0808 y descubrí que su voltaje de funcionamiento es de 4.5-6v... ¿cómo hago esto? ¿Agrego un nuevo suministro o hago A.) ​​Coloque una resistencia antes del adc B.) Coloque un regulador de voltaje IC (LM317) C.) Circuito de amplificador operacional con <1 ganancia....
Las resistencias nunca son adecuadas para reducir los voltajes de la fuente de alimentación. Agregue un suministro de 5 V (¡piense cuidadosamente en la conexión a tierra!) O agregue un regulador de voltaje. El consumo de corriente en la sección digital será pequeño, por lo que un regulador lineal podría estar bien. ¿Tiene rieles de +15V, 0V, -15V o solo rieles de 30V/0V?
.. Simplemente no puedo entender la fuente de alimentación de alto voltaje y el motor de bajo voltaje, eso es solo buscar problemas. Todo el asunto a 5V tendría más sentido. Tal vez esté ahí para eliminar al estudiante desprevenido que intenta depurar la cosa.
@ pjc50 Tengo un suministro de +15, -15 ya que usaré el suministro de energía dual de mi escuela. hmmm, si estás hablando de 5v, ¿quizás pueda usar el regulador de voltaje 7805? Oh, sí, dice que ya no necesitaremos fabricar esto, solo conectarlo a una placa de prueba estaría bien XD
Controlar el voltaje en un motor de CC no es lo mismo que controlar su velocidad. Para controlar realmente la velocidad, debe ir en circuito cerrado con algún tipo de retroalimentación. No hay problema en encender un motor de 3v con 15v para que funcione, pero debe controlar la corriente para evitar que se queme.
@JohnU Estoy planeando colocar un ADC -> DAC después del amplificador operacional. pero un problema que surgirá es que no podré hacer girar mi motor en reversa ya que el DAC generaría una corriente positiva... ¿cómo resuelvo esto? Mi profesor no mencionó nada sobre cosas de bucle cerrado o abierto, pero dijo que una retroalimentación es opcional y mantendría la velocidad del motor.
¿Y el ADC->DAC haría exactamente qué?
No lo sé, pero estamos obligados a colocarlo en nuestro diseño.
No hay retroalimentación de velocidad real ni ninguna forma de circuito cerrado... Esto no es control de velocidad, es solo control de voltaje y depende de no sobrecargar la máquina con la capacidad de TS para mantener el control de velocidad

Respuestas (2)

Como es solo un motor de 3V, limitaría el rango del controlador de velocidad agregando una resistencia arriba y abajo del potenciómetro RV1. Una resistencia de 10k a cada lado limitará la oscilación de salida a +/- 5V y le dará un control más preciso sobre la velocidad. El aumento de estos valores reducirá aún más el rango de voltaje si es necesario.ingrese la descripción de la imagen aquí

Por cierto, sospecho que su profesor estaba buscando un control de velocidad de circuito cerrado en lugar del tipo de circuito abierto que tiene . De ahí las referencias a ADC, DAC y filtros de paso bajo. Esto también requeriría un tacómetro (generalmente algún tipo de dispositivo de pulso/frecuencia cuya salida requeriría conversión a una señal analógica - DAC) para medir la velocidad del eje del motor.

Podría ser una buena idea aclararle a su profesor qué se requiere exactamente para este proyecto (¿lazo abierto o lazo cerrado?) antes de comprometerse con un diseño final.

Ooh, actualicé mi esquema eliminando la resistencia de 50 ohmios después de la configuración push-pull y luego coloqué resistencias de 20k en ambos lados del bot para que tuviera una caída de voltaje de -3 a +3 en mi motor Él no dijo nada sobre el control de bucle abierto/cerrado... solo quiere un adc -> dac en el circuito.
@Efímero Qué curioso. No hay ninguna razón por la que pueda ver que realmente necesita un ADC y DAC en un circuito de control de velocidad de bucle abierto o incluso la necesidad de un amplificador operacional. Los transistores de salida podrían controlarse directamente desde el limpiaparabrisas del potenciómetro.

Si desea un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de 100 Hz, deberá realizar algunos cambios. El 10uF/16K que muestra (si bien es completamente factible) tendrá una frecuencia de corte de -3dB de 1Hz (bastante menos, en realidad, por las razones que describiré).

La impedancia de la fuente que mira hacia el limpiador de ollas de 10K (con sus resistencias de 20K en cada extremo) no es cero, y eso se sumará a la resistencia de 16K. Ignorando la resistencia del limpiaparabrisas, cuando el potenciómetro esté en el centro, será de 12,5K. Cuando el bote esté en cualquiera de los extremos, será de 12K. Entonces podemos usar 12.25K como una aproximación.

Elijamos un valor de capacitor estándar (porque las resistencias vienen en pasos más finos). Sabemos que debería ser aproximadamente 1/100 de lo que teníamos antes, así que intentemos algo bueno e incluso como 100nF.

R = 1 2 π F C C = 15.9 k Ω

Reste los 12,25 K que obtenemos de la impedancia de la fuente del divisor potenciómetro/resistencia, y la resistencia debería ser de unos 3,6 K. (El corte cambiará un poco con la rotación del potenciómetro, pero no lo suficiente como para preocuparse: menos del 2 % en cada sentido).

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