Motorcontroller - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Eine 6-Motor-Controller-Platine mit LMD18200-Chips.

Schritt 1: Anforderungen

Bestimmen Sie Ihre Anforderungen. Die LMD18200s können 3A bei 55 V schalten. Das Projekt, meine Bachelorarbeit, das diese Motorcontrollerplatine verwendet, umfasste 6 Servomotoren, die nur ein paar hundert Milliampere bei 12 V benötigten neue Steuerungsalgorithmen am Field and Space Robotics Laboratory des MIT.

Schritt 2: Entwerfen Sie die Schaltung

Die Motorsteuerung erfolgt durch Pulsweitenmodulation. Obwohl PWM-Verstärker sowohl in der Hardware als auch in der Steuerung etwas komplizierter sind, sind sie viel energieeffizienter als lineare Verstärker. Ein PWM-Verstärker arbeitet, indem er den Strom oder die Spannung einer Last sehr schnell zwischen Ein- und Aus-Zuständen umschaltet. Die der Last zugeführte Leistung wird durch das Tastverhältnis der Schaltwellenform bestimmt. Vorausgesetzt, dass die Dynamik der Last langsamer ist als die Schalthäufigkeit, sieht die Last den zeitlichen Mittelwert.

Bei dieser Konstruktion beträgt die Schaltfrequenz ca. 87 kHz, die auf die Motoren des Rovers abgestimmt wurde. Das Tastverhältnis wird spannungsgesteuert, indem der Schwellenwert von monostabilen Oszillatoren eingestellt wird, die von einem astabilen Oszillator angesteuert werden. Ein Digital-Analog-Wandler auf dem Computer des Rovers steuert die Schwellenspannung und damit das Tastverhältnis der Verstärker. Die PWM-Wellenformen werden von sieben Timern erzeugt (jeder der vier 556 hat zwei Timer und der achte Timer wird nicht verwendet). Der erste Timer ist auf astabile Oszillation eingestellt und schaltet bei 87 kHz zwischen einem Ein- und einem Aus-Zustand um. Dieses 87-kHz-Taktsignal wird in die Trigger der anderen sechs Timer eingespeist, die auf monostabilen Betrieb eingestellt sind. Wenn ein monostabiler Timer ein Triggersignal empfängt, ändert er seinen Zustand von Aus (0 Volt) auf Ein (5 Volt) für eine durch die Eingangsspannung festgelegte Zeitdauer. Die maximale Zeit beträgt ungefähr 75% der Periode des astabilen Taktsignals und die minimale Zeit ist null. Durch Variieren der Eingangsspannungen erzeugt jeder monostabile Timer eine 87-kHz-Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis zwischen 0 und 75 %. Die LMD18200-Chips fungieren einfach als digitale Schalter, die vom Ausgang der Timer und von den digitalen Brems- und Richtungseingängen des Computers gesteuert werden.

Schritt 3: Herstellen der Platine

Die Leiterplatten wurden durch einen chemischen Ätzprozess hergestellt. Mit einem Standard-Laserdrucker wurde die Leiterbahn auf wasserlösliches Papier gedruckt. Der Toner auf diesem Papier wurde durch Erhitzen auf eine Verbundplatte aus Kupfer und Isoliermaterial übertragen. Ich habe die Fixierleiste von einem zerlegten Laserdrucker verwendet, aber ein Bügeleisen kann auch den Zweck erfüllen. Die Reste des Papiers wurden dann weggewaschen, wobei nur der Toner im Muster der Leiterbahn zurückblieb. Eisenchlorid ätzte das freiliegende Kupfer und entfernte es von der Platine. Der restliche Toner wurde mit der grünen Seite eines Schwamms von Hand abgeschrubbt, wobei nur die Kupferleiterbahnen zurückblieben. Alternativ gibt es Kits, die diesen Vorgang ziemlich einfach machen.

Schritt 4: Komponenten einlöten

Löten Sie alle Komponenten ein. Da es sich nur um eine einlagige Platine handelte, waren einige Überbrückungsdrähte erforderlich.