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PIDサーボ学習キット   概要 | ハードウェア | ソフトウェア | プログラム解説 | Q&A
ハードウェア(回路)の説明 ハードウェア(回路図)
 PIDサーボ学習キットでは、モータの制御にリレーとFETによる簡単な回路を採用しています。リレーによりモータの正転と逆転を制御し、FETにより操作量を制御します。それでは、どのようにしてモータの制御をしているか説明します。

モーターの回転方向の制御 〜正転と逆転〜

モーターの正転と逆転はリレーでスイッチを切り替え、モータに流れる電流の方向を変えることで行います。

リレー回路で正転の時

モータの正転リレー回路

モーターを正転させる場合は片方のリレーをONにしてモータへ電流を流します。

リレー回路で逆転を左折時

リレー回路モーター逆転

正転の状態からモータを逆転させる場合は、正転とは逆になるようにリレー1、リレー2のON/OFFを切り替えます。すると先ほどとはモーターへの電源接続が逆になり、モーターは逆転します。

リレー回路でモータを停止

リレー回路モーター停止

今回のPIDサーボ学習キットでは使用していませんが、リレー回路では、モーターを停止するときに両方のリレー回路をOFFすることで、モータを停止することができます。この回路はよく見てみると両方のリレーをOFFした瞬間に、モーターの両端子がショートするようになっています。これにより、モーターには電磁ブレーキが掛かり急にモータが停止します。

モーターの操作量の調整

FETスイッチング回路
図1 スイッチング回路

PWMデューティー
図2PWMのデューティーと操作量

 モータの操作量(回す力)の調節は、MOS-FETを利用したスイッチング回路とPICの周辺回路にあるPWMという機能を利用します。

 PWM(Pulse Width Modulation)とは、デジタル的にモータに電流を流す(ONする)時間の割合を変化させることで、可変的にモーターの操作量(力)を制御する方法です。
 図2のようにONする時間を全体の30%にしたときには、モータで消費される電力は、常時ONの状態に比べて30%になります。これは、ONしているところを平らにすると、赤い線(30%のライン)のところになることで証明されます。(数学が得な方は、積分すると同じと言った方がわかりやすいかもしれません)同様に、時間を50%にすると操作量は50%、時間を80%にすると操作量は80%になります。このときのONしている時間の割合を「デューティー(Duty)」と呼びます。
 このPWMはPICの機能の中に入っていますので、PWMのレジスタの値を変更するだけで、簡単にPWMが実現できます。

 PICからPWMの波形を出して、そのままモータを制御することはできません。PICの1ポートの許容電流は25mAで、モーターを駆動するためには、500mA〜2000mA必要です。
 このときに、便利なのが、パワーMOS-FETです。トランジスタの一種で、PICの小電力の信号で、モーターのような大電力の制御ができます。これをスイッチング回路と呼びます。簡単にいうとモータをこの素子でスイッチしていることになります。

 


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