Motori in corrente continua

Motori Elettrici
• In alternata
– Sincroni
– Asincroni
• In continua:
– motori DC universali
– a impulsi
• Passo-passo
• Brushless
Corso di robotica
Motori in corrente continua
Motori in continua DC
MOTORI UNIVERSALI
• Sono i classici motori che troviamo ovunque,
• Vantaggi
– poco costosi,
– leggeri
– si possono comandare con estrema facilità, variandone la tensione
di alimentazione si varia la velocità,
– Possono raggiungere velocità di rotazione di 20 mila giri minuto;
• Svantaggi
– la presenza di spazzole e collettore che oltre ad usurarsi generano
disturbi e calore,
– scarsa precisione sia per il posizionamento sia per la velocità di
rotazione (quest'ultima in particolare è legata a fattori variabili
quali la temperatura)
Motori in continua DC
•
•
•
•
•
SERVOMOTORI
Sono motori CC pilotati in PWM
Hanno buona capacità sul posizionamento
Scarsa Precisione per la velocità,
il PWM poi ha qualche effetto sulla coppia;
per applicazioni di robotica questo tipo di
motori è accettabile solo in abbinamento a
encoder e PID
Struttura di un motore DC
• Un motore in corrente continua di potenza medio/piccola è
costituito da una carcassa fissa all'interno della quale è
presente un campo magnetico generato, nei motori più
piccoli, da magneti permanenti; nei motori di dimensioni
più grosse è invece presente un avvolgimento percorso da
corrente.
• Il rotore è costituito da una serie di spire solidali con
l'albero rotante; il collegamento elettrico con
l'alimentazione è costituito da due spazzole striscianti
(brush) che costituiscono la parte più delicata del motore.
Si tratta di cilindri in carbone o contatti in metallo che
strisciano sul alcuni contatti elettrici ricavati nell'albero (il
collettore).
Il circuito equivalente elettrico
• Il circuito equivalente di un motore DC è costituito da una
resistenza Ra (qualche ohm), da un induttore La
(milliHenry, ininfluente a regime ma importante alla
partenza e per i problemi che causa) e da un generatore di
tensione Eg, proporzionale alla velocità di rotazione.
Caratteristiche fondamentali
• un motore DC è dotato di due morsetti
• la velocità e il verso di rotazione dell'albero
motore dipendono dalla corrente tra i morsetti
• cambiando il verso della corrente si cambia il
verso di rotazione dell'albero
+
-
-
• aumentando o diminuendo il modulo della
corrente varia la coppia fornita dal motore
+
Regolare la velocità di rotazione
• Regolare la velocità ad "anello aperto“ L'obbiettivo è ottenere una
velocità sostanzialmente omogenea senza effettuare una misura diretta
della stessa. Infatti misurare la velocità di rotazione è un'operazione
relativamente complessa e costosa, giustificata solo se sono richieste
prestazioni elevate. Se il carico è variabile per mantenere costante la
velocità è necessario aumentare la tensione all'aumentare della corrente
erogata, cioè occorre realizzare un regolatore di tensione con resistenza
di uscita negativa.
• Regolare la velocità ad "anello chiuso“ Per la regolazione in anello
chiuso è necessario misurare la velocità effettiva per esempio
attraverso un sensore (dinamo tachimetrica o encoder incrementale).
La velocità deve poi essere confrontata con la velocità voluta ed il
risultato utilizzato per determinate la tensione di alimentazione del
motore. Questo metodo, peraltro necessario se viene richiesta una certa
precisione, si scontra con la possibilità di creare un sistema instabile
Controllo ON-OFF
• il pilotaggio più semplice è quello ON-OFF che
permette di comandare il motore solo alla massima
velocità di rotazione in un verso (interruttore ON)
oppure fermarlo (interruttore OFF):
Questo tipo di controllo non permette
né la regolazione della velocità del
motore né la possibilità di far girare il
motore in entrambi i versi di rotazione.
Per far girare il motore nel verso
opposto è necessario infatti invertire il
segno della corrente che passa
all'interno del motore stesso
Il ponte ad H
• Permette di invertire il verso della corrente
+
A1
A2
-
B1
B2
Il ponte ad H
•
•
Attivando i transistor A1 e B2 la corrente scorre nel motore in un verso mentre
Attivando i transistor B1 e A2 la corrente scorre nel verso opposto.
+
+
B1
A1
+
A2
-
B1
A1
-
B2
A2
+
B2
E' da evitare la configurazione in cui sono accesi entrambi i transistor A o
entrambi i transistor B infatti la corrente di corto circuito su un lato del
ponte potrebbe creare seri danni al ponte stesso o al circuito di
alimentazione!!!
Schema di controllo
V= 0 – 5V
BX-24
I= 1mA
Microcontrollore
MD22
Driver
V= 0 – 12V
I= 2A
Motore
MD22
Tensione Operativa
5V per la logica
5 – 50 V per i motori
Corrente Operativa
50mA Max per la logica
fino a 5A per ogni motore
Dimensioni
110 x 52 x H 25 mm
MD22 - Caratteristiche
1. Pilota due motori con controlli indipendenti
2. Facile da usare e versatile
3. Necessita soltanto di due alimentazioni:
a) Per la logica 5V con una corrente massima richiesta di
soli 50 mA
b) Per i motori, qualsiasi voltaggio fino a 50Vdc,
dipendente dal tipo di motore utilizzato
4. Funzione direzionale implementata (sterzata).
Consente di variare la velocita' e la direzione dei
motori per far cambiare di direzione il mezzo
MD22 – modalità di controllo
1.
2.
3.
4.
5.
I2C bus, fino a 8 moduli MD22 possono essere utilizzati
contemporaneamente, indirizzo selezionabile tramite switch e
4 modalita' operative, inclusa la funzione direzionale
Ingressi analogici, 2 ingressi indipendenti da pilotare in
analogico con tensioni di 0v-2.5v-5v dove 0v e' tutto indietro,
2.5v stop e 5v tutto avanti con una risoluzione di 255 passi in
totale
0v-2.5v-5v per la velocita', l'altro canale per il cambio di
direzione
RC Mode, l'MD22 puo' essere direttamente interfacciato ad
una ricevente RC per poter comandare i motori con il
radiocomando. 2 canali indipendenti
RC Mode con cambio di direzione, permette di pilotare la
velocita' e la direzione di rotazione dei motori con uno stick e
con l'altro il cambio di direzione
MD22 Connections
Control switches
Mode switches
Mode
Switch 1
Switch 2
Switch 3
Switch 4
I2C Bus - address OxBO
On
On
On
On
I2C Bus - address 0xB2
Off
On
On
On
I2C Bus - address 0xB4
On
Off
On
On
I2C Bus - address 0xB6
Off
Off
On
On
I2C Bus - address 0xB8
On
On
Off
On
I2C Bus - address OxBA
Off
On
Off
On
I2C Bus - address OxBC
On
Off
Off
On
I2C Bus - address OxBE
Off
Off
Off
On
Ov- 2.5v - 5v Analog
On
On
On
Off
Ov - 2.5v - 5v Analog + Turn
Off
On
On
Off
RC Servo
On
Off
On
Off
RC Servo + Turn
Off
Off
On
Off
RC Servo - Timeout On
On
On
Off
Off
RC Servo + Turn -Timeout On
Off
On
Off
Off
Analog Mode - 0v-2.5v-5v
• In this mode the motors are controlled independently by
two 0V to 5V analog signal on the SCL (Motor1) and SDA
(Motor2) lines.
– 0V is maximum reverse power
– 2.5V is the center stop position
– 5v is full forward power
• There is a small (2.7%) dead band around 2.5V to provide
a stable off position
RC Servo Mode
• This mode allows direct connection to standard model
radio control receivers.
• The control pulses from the receiver should be connected
to the SCL (Motor1) and SDA (Motor2) terminals.
• The pulse range is from l ms to 2 ms
– 1 ms is maximum reverse power
1 ms
– 1.5 ms is the center stop position
There is a 7 mS dead zone centered
on 1.5ms for the off position
– 2ms is full forward power
1.5 ms
2 ms
Applicazioni:
pilotaggio con potenziometro
modalità analogica
gnd
10V
Motor power
A
B
MD22
C
Motor 1
Motor 1
Motor ground
on on on off
gnd
5V
Applicazioni:
pilotaggio con BX 24
modalità RC Servo
Pin 4
10V
Motor power
Motor 1
Motor 1
Motor ground
MD22
Pin 21
on off on off
gnd
Pin 11
Applicazioni:
pilotaggio con BX 24
modalità RC Servo
• Comando basicx
call pulseout(mot1, 1382, 1)
Pulsout
resolution
Full reverse
Center off
Full forwards
1.085 ms
922
1382
1843
Riferimenti
• Vincenzo Villa
– http://www.vincenzov.net/index.htm
• PWM Tutorial di Giovanni Giannetti
• Datasheet MD22