免責事項

注意、免責事項について
・高電圧、大電流その他高エネルギを扱う実験を行う際にはくれぐれも安全に配慮し、細心の注意を払って行うようにしてください。
・当ブログの記事を参考にして発生した損害についてFEL研究室はいかなる責任も負えませんでご了承ください。

2016年10月28日金曜日

シフトレジスタとか

ノート破り捨てそう。

どうもKKTです。しばらく間が空いたような気がしますが元気です。
Web拍手の返信をしないとなかたくんが記事を書かないとのさばるのでだいぶ前の下書きですが少し追記して投稿してみます。

今回はシフトレジスタのお勉強も兼ねて三桁の7セグ表示機を作ってみます。シフトレジスタの詳細は割愛しますが、D-FFを組み合わせた奴です。最初聞いた時は用途がよくわからなかったんですが、シリアル形式のデータをパラレルに変換する時に便利なようです。

シリアルでデータをやり取りするイメージ図を下に。
信号線はデータとクロックの2本です。初めに受信のルールを決めておきます。今回は「クロックの立ち上がり(赤線)でデータが0Vなら’0’、5Vなら’1’」ということにしておきます。これ以外にもパルスの数を数える方法やクロックの立ち下がりでデータを見る等ルールはいくらでも決められます。クロックの立ち上がり1回あたり、1bitのデータを表せるので、4bitなら4クロックで表現できます。このルールではクロックとデータの2線で、パラレルでは4本必要なデータが扱えます。

ここで活躍するのがシフトレジスタです。D-FFは「クロックの立ち上がり(もしくは立ち下がり)でデータ入力をQに出力、次の立ち上がりまで保持」という動作です。もうなんかアレですよね。
こんな感じに組んで、クロックとデータを入力してやるとうまい具合に左のレジスタから順に先頭のデータから移って行って最後のクロックの立ち上がりで一番右のレジスタにデータが入っておしまいです。データは各FFの出力から取れます。

という具合にシフトレジスタの仕組みがわかったのでこれの8bit版で7セグ表示機を作ってみました。
家に転がっていた部品でできました。7セグは三桁です。これにマイコンで発生させた8bitのデータを送ると…
わ!

問題点
・単に8bitのデータを送っているだけなのでもしノイズとかでズレたら終わる。
・データ受信中も7セグが光ってしまうので関係ないセグメントが若干光っている。
失敗集になるかなぁと思ったのですが強行しました。

1個目の問題はパリティ等でデータがきちんと受信できているか確認するなりすればマシにはなりそうです。2個目の問題は8bit送り終わるまではLEDを消しとくみたいな機能が必要になってくるのでちょっと面倒です。ピンを1つ増やしてLEDの点灯制御に使うのが一番簡単かなぁと思います。

ちなみに受信データです。
1000_1000を送っているところです。データフォーマットは下位4bit(0~3bit)で2進の数値データ、その上の3bitで7セグの桁選択となっています。各桁違う数字が表示できるのはダイナミック点灯しているからです。最後のbitはLEDの点灯/非点灯に割り当てたのですがデータ送信中は結局チラチラしてしまうので全く意味がありませんでした。眠かった。

今回はこれでおしまいです。また進展があれば続きを書くかもしれませんが、他にも続きものの記事をいくつかスタートさせてしまっている(手遅れ)ので望み薄。

Web拍手反応

>かぶっちょ!
ヘルメットみたいな?

>いつも拝見しています。とても面白いです。これからも頑張ってください!
ありがとうございます!当分は工作を続けていくと思うのでこれからもよろしくお願いします。

>記事の内容が難しいので池沼でもわかりやすい言語でお願いします
内容が難しいというよりは、簡単なことを難しく書いているということなので問題無いです。
言語の壁については擬音語等を用いて直感的にわかりやすい記事も書いてみようかなぁとも思いますね。

>包茎についてひとこと
バナナ剥いたことある?

>じいちゃん...
独身男性でもじいちゃんになり得る?

>web拍手配置しすぎなの草(もっとして)
まぁなんか軽く一言書いて欲しくて置いてるので構いません(これ以上はしない)。

>わ!
小野(わ)妹子

>次回の記事が楽しみ
>って一言はその"次回の記事"に掲載されるんですね.
ご名答!誰宛の一言かわかんないので適当に次記事書く人が返すことになってます。

>みてるかなぁ〜^^
ジロジロ^^

>おなかです
消化して

>ギャップの悦びを知りやがって...!
自分たちばっかし(トロイダルコア)

>友人が話していた統合失調症の条件に当てはまってしまったのですがどうすればいいですか?
どうすればいいかここに書き込んでる時点でアウト寄りなんだよなぁ…。

>KKTはやく記事書いて
>KKT記事はやく書いて
>あっ失敗集でもいいですよ
書きました書きました

>自分が童貞のくせに僕の事を童貞と煽ってくる友達がいてやれやれと思っているのですがどのように対処すればよいですか?ちなみに僕は童貞です
私もこんなWeb拍手見てやれやれと思っています。ちなみに僕も童貞です。

>もっと拍手したい...
どうもー^^

>インフォームドコンセントすこくすご
誰でも作れるので是非お試しを

>これってどの記事に投稿された一言かわからないな?
ご名答!もしどっちか(僕orなかたくん)宛にっていう希望がありましたら一言添えてくださいな。

>トロイダルコアは下ネタに含みますか?
トロイダルコアの穴は存在するか

>オムライス
>オムライス^^
えぇ…。おいしいよね。

>なかた
これは…なかたくん宛かな

>web拍手のいいネタが思いつきません。
どんなこと書いても目は通してるから心配いらないのよ

>ぼくです
>わ
>クワッ
黒板の隅っこにこんな落書きありそう

それでは、今日はこの辺で。

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2016年10月13日木曜日

パルストランスって その2

こんばんは、KKTです。
部屋を片付けていると(まだやってる)かなり前に買ったものが出てきたりして得した気分になりますね。それ以上にゴミが多いですが。

前回に引き続きパルストランスの記事です。
Twitterにて「コアにギャップを入れると良い」というアドバイスを頂いたので(ありがとうございます)早速試してみることにしました。コアにギャップ(隙間)を設けるということはその隙間から磁束が漏れ出し、飽和しにくくなると言うことらしくインダクタンスは下がりますが伝送できるET積が大きくなるのでしょうか。以下にコアに必要なギャップ長を求める式を示します。この式は正直あんまり理解してないので、参考ページ(http://www.ms1.mctv.ne.jp/sifoen.project/PARTS/Parts-Doc/3%20Core.pdf)とかを見てください(えぇ…)。
Lgがギャップの長さです。単位を使いやすいようにして
となりました。Nは巻数です。試しに計算してみると0.05mmくらいになりました。EEコアとかに挟み物をしてギャップを設ける場合は上記の値を2で割ってその厚さの紙等を挟みます。磁気回路的には一周で2回通るからなんでしょうね。

しかし0.0025mmの物が無いので適当にセロファンテープを挟みました。厚すぎる。
で、再び計測した結果が↓
目標値の10usで磁気飽和を起こしてないようです。すごい!

もうちょっと水平掃引時間を増やして見ると
17usくらいまではめでたく飽和してないようです。
図から明らかですが、かなりインダクタンスが下がっています。前回のギャップなしで垂直が100mA/divだったのですが、今回は500mA/divとなっています。5~6分1程度までインダクタンスは減少したようです。無駄に広いギャップ入れたせいもありますが、ギャップを入れると透磁率が下がることが実感できました。

結局前回飽和を起こしてしまった理由ははっきりしませんが、取り敢えず使えそうなのでよしとします。FEL研究室の方針として「動いたらいいや」というのもあるので全く問題ありません。

次回は二次巻線も巻いてドライブ波形を見ていこうと思います。


Web拍手反応

>(これって)直接なかたに届いて(なさそう)
ご名答!なかたくんとはWeb拍手のアカウント共用してるのでどっち宛のメッセージかはよくわかりません。

>GDTのコアってどこで入手していますよ?
前回itendoと書きましたがaitendoでしたね^^すいません

>ぽんずです
こんばんはー^^
なりすまし放題

>詳しい記事ありがとうございます!
>もうちょっと詳しくおねがいします。
どこが詳しかったんですかねぇ…。もっと図たくさん載せたい感じはあるよね(?)

>記事書くの楽しくて仕方なさそう
書いてる途中で飽きちゃうと下書きになっちゃうのどうしたらいいの?

>いつlolはじめてくれるんですか
えぇ…

>万力と僕の筋肉はどちらの方が強いですか?
YSくん万力説
・僕、万力 →どちらも所有者が明確では無いため両方YSくんの所有物である可能性もある
・僕の筋肉と~ →一般人の筋肉が万力に勝てるとは考えにくいためYSくんは万力
・どっちが強いかなぁ~? →どちらもYSくんが操作しているはずであるためYSくん同士の争いを誇らしげに語るのは普通の感性を持っていたとすると考えにくい。YSくんの体の一部が万力であればこれらの矛盾が解決する。

>おっ
>日産ソレナのモータラー
>るせぇwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww
>ヘコンダ〜
困惑を生む仕事に就けそう

それでは、今日はこの辺で。
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2016年10月8日土曜日

パルストランスって

どうもーKKTです。
片付けに飽きてしまい、片付きません。困りました。
なかたくんもスイッチが入ったように急にノリノリで記事を書くようになってびっくりですね。
あと最近気付きましたが、スマートヒョンから見ると白文字も見えちゃいますね。

今回はパルストランスについての記事です。賢そうな記事ですね。
パルストランスといってもLAN用のだったり、サイリスタをドライブするものだったり色々ありますが、今回はパワエレでは馴染みが深いいわゆるGDT(ゲートドライブトランス)について少し実験してみたので書きます。
GDTの設計についてググってみるといくつか情報が出てきます。しかし、私達が通常入手するトランスだったりコアというのは正体が分からなかったり(=ジャンク)するので、そのへんも踏まえて「なんとなーく」使えるくらいのものを設計しようと思います。

まず仕様を決めましょう。負荷はIGBTとかを考えます。
入力電圧(Vin):15V
出力電圧(Vout):15V
最低周波数(fsw):50kHz
最大デューティ比:50%
コア断面積(Ae):36m㎡
みたいな感じにします。どれも自分で決めるか、コアを見ればわかる数値です。
Aeは磁束が通る部分の断面積です。EEコアなら下の図のように測るのだと思います。
赤い分の面積を測れば良いと思います。TDKとかのカタログを見るとコアによって微妙違うようですが、赤い部分で面積が大きすぎることはまず無さそうだったのでよしとします。違ってたらすいません。トロイダルは普通に切った時の断面の面積で良いと思います。僕はitendoのEE25のコアを使ってみることにします。実測6mm×6mmだったので36としました。TDKのカタログではEE25は実効断面積40m㎡となっていました。

上の条件から、1次側の巻数Npを求めます。一般的な計算式は以下の通りです。tonは信号のON時間です。
あまりこの式を深く理解しているわけではないのですが、右辺の値が左辺より小さければ(=でなくて>=にしたらよかったかも)であれば問題なく伝送できるということを示していると思います。
右辺の分子はトランスのパラーメータの1つであるET積と呼ばれるもので、トランスの伝送できるパルス幅と電圧の積です。巻数がこれに比例しているので、つまりET積が大きくなればなるほど巻数も増やさなければならないのですね。ET積を超えてしまうとコアが飽和してしまい、正常に電力を伝送できなくなります。コアを大きくする(=断面積を増やす)と巻数も少なくて済みます。一方「飽和電流」はコアの断面積に依存しない値を取ります。ET積が変化して、巻数を増やしたとしてもインダクタンスも増え、その分電流上昇率もゆるやかになるので結局飽和電流は超えないということなんでしょうか。
⊿Bは、飽和磁束密度から残留磁束密度を引いたものです。これはコアを見てるだけじゃどうしようもないので、一般的な値から少しマージンを見て200mTとします。小さく見ておけば設計したET積の信号を入れてもコアが飽和する心配はよっぽどのことがない限り要りません(と思ってた。)。巻数がどうしても多くなってしまう時は300mTくらいでも良いかもしれません(?)。

で、コアで伝送できる電力というのも考えなれけばならないんのですがEE25の大きさならIGBTのゲートドライブならまず電力オーバにはならないだろうということで、無視します。

ということで、Vin=15 ton=10 Ae=36 ⊿B=200 を代入してエクセルさんに放り込むとNp=20.8という答えが得られました。端数は切り上げて21回巻きとしましょう。

トランスを巻いていきます。
21回巻きました。通常はバイファイラ巻きとかサンドイッチ巻きとかで他の巻線も巻いていくのですが、今回はまずコアの特性評価のため1巻線だけ巻いて計測してみます。

コアを通してセロハンテープで止めました。ちゃんと止めよう!

取り敢えずこの状態でパルスを入力して設計値でコアが飽和してないか確かめます。結果↓
ん?

うーん飽和してるように見えますね。
横軸の点線が設計値の10usになっていまして、電源は15Vなのでそれに到達する前に直線から少し外れて飽和してるように見えます。おかしいなぁ~?

計測方法が悪いのか設計方法が悪いのかすら微妙ですが、設計が悪かったとすると⊿Bが200mTもなかったことになります。コアがあんまり良質じゃないのかな…?まぁ追加で少し巻けば良いのだけれど。
とは言えまだもう少し見直さなければならない部分もあるので取り敢えず続きは次の記事で。




おまけ


Web拍手反応

>たのC記事
工作記事じゃない記事もPV数は工作記事とあんま変わんなかったりするからよくわかんない。


こんなん笑うやろ

>クワッ氏は誰がモデルなんですか?
そもそものAAをあまりよく知らないのですけど、Twitter上で某氏みたいにして遊んでたのが始まりだったと思います。身内ネタからの派生ですね。一応なかたくんの記事では僕(KKT)ということになっているようです。

>おずしさんは実在する人間なんでしょうか...
いますよ

>私の部屋を掃除するのも手伝って欲しいです(17歳 女性)
除草から始めないとダメそう

>ちんこ捨てたって言われそうな記事ですね
使わないかどうかはまだわからないかもしれないだろ!

>なかみです
なかたくん派生型多いけどどれも記事書か無さそう

>チャペルココナッツ
ラブリー(誤用)なホテルの名前なんですけどこれも身内ネタですね

>なかたですけど何かひとことありませんか?
定期的に記事書くってマジ?

>ムスビといえばはだしのゲンですか?
小学校の時教室に置いてあって全巻読んだ気がするけどだいぶ内容忘れちゃった…。グギギ…

>すてないで
捨てなかった結果wwwwwwwwwwwwwwwwwwww(画像なし)→
足の踏み場が無いのだが?

>ククティ
>ワーイ!
>っ
わからへん…

それでは、今日はこの辺で。

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2016年10月2日日曜日

間(ま)について

お部屋が清潔か不潔かで言うと不潔な上に、整理もされていないかったのでこれはいけないと思いお片付けをすることにしました。
僕はモノの管理が絶望的に下手で、なかなかモノも捨てられないのでかなり手こずっています。

でも、思い出と一緒にたくさんのモノを捨てて少し間が生まれました。
空いた隙間は空いたまま心身の余裕にしても良いし、また新しいモノで埋めるもの良いと思います。こうして過去を忘れ身軽になったことで、僕は忘れかけていたモノを思い出されたような気がします。

Web拍手反応

>こんにちは、あっ、こんばんはでした><
一言ってなんだよ(哲学)

>いますよ
いてて

>将来なかたになる予定です。
将来じゃなくてもすぐなかたにはなれるので考え直したほうが良いです。

>お
>っ
>ぱ
>い
>下ネタですか
おっぱいはセーフですかね

>おずし
またおずや行きたい

>ゲインが低いときの画像もお願いします
今度追加しときます!

それでは、今日はこの辺で。

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2016年10月1日土曜日

DCサーボの位置決め制御!

こんにちは、KKTです。
今日はもう10月ですが、なかたくんも間に合わせ記事+αを書いてくれて素晴らしいことだと思います。組紐がきれいに編めててすごいと思いました。僕も結びを大切にしようと思います。

今日は題名の通りDCサーボの位置決め制御についてです。
DCサーボと言っても色々ありますが今回はRCサーボを使っていこうと思います。RCサーボは入力されたパルス幅に応じた回転角になるように制御されていますが、サーボに内蔵されている回路はどんな回路なのでしょうか。今回は制御のお勉強ということで、可変抵抗を使ってサーボの回転角を制御するという回路を作ろうと思います。

入力に対して何らかの出力をする場合は、入力(指定値)と出力が完全に1:1で対応してたら都合が良いのですが、実際はそうでもありません。
例えば、電源装置であれば指定した電圧を出力する時でも内部抵抗等が原因で負荷によって出力電圧が変わってしまいます。そこで、出力から入力にフィードバックをかけて、クローズドループにしてやると出力の精度や安定性は飛躍的に向上します。
フィードバックを自分の出力から貰って、それをどんなふうに出力に反映させるかはいくつかの方法があります。単純に、指定した値より大きければ出力をOFF、小さければONにするON/OFF制御と呼ばれるものや、もっと高度なPID制御と呼ばれるものもあります。
   
今回は比例制御と呼ばれるものを見ていきたいと思います。比例制御については回路説明のところで少しお話します。

取り敢えずRCサーボを分解します。
RCサーボは出力軸の回転角をフィードバックするために可変抵抗を内蔵しています。便利なのでそのまま流用します。ついでにモータの線も付けておきます。

続いて、こんな回路を組みます。
比例制御の基本的な流れとしては、

指定値と現在値の差を求める
差を必要に応じて増幅
出力に反映

という感じだと思います(適当)。ON/OFF制御よりONとOFFの間が細かいのでより精密に制御することができます。指定値と現在値の差を求めて制御しているので、指定値と現在値が大きく離れている時は出力も大幅に動かし、差が小さい時は出力も少なく変化させるので滑らかに制御できるのがわかると思います。しかし、指定値と現在値がかなり近くなると差もかなり小さくなるので出力の変化も小さくなって、時間がかかる=有限時間内での精度はあまり高くないということになってしまいます。そこで差を増幅することで実際の指定値と現在値がごく近い時でも出力を変化させ、精度を上げることができます。すごい!
回路的には、まず初段のOPアンプでは差動増幅器を構成していて、文字通り指定値と現在値の差を求めます。それを次段で非反転増幅します。ゲインは可変できるようにしてあります。ゲインを変えるとサーボの応答が大きく異なるので非常に面白いです。増幅後はトランジスタのプッシュプルに通して電流増幅します。±電源を使っているのでトランジスタ2個で正転逆転できるようになっています。トランジスタが飽和しない時も多いので放熱には注意しましょう。
これで±5Vくらいの電源をつなぐと、可変抵抗の動きに合わせてサーボの軸が回ると思います。なかなかおもしろいです。こんな感じに実装しました。

次に、指定値に対してサーボがどのように応答しているか見てみましょう。現在値ボリュームと指定値ボリュームにオシロを繋いで波形を見てみます。

ゲインが大体丁度よい時
振幅が大きい方がサーボの応答、小さい方が指定値です。指令値が立ち上がってから徐々にサーボが動いて、指定値に達するとそれを維持し、また立ち下がり時も同様の動作で指定値に従って動作します。指定値に到達している時は外乱にも強く、手でサーボホーンを動かそうとしても(トルクがある程度強ければ)ほとんど動きません。

次にゲインが必要以上に高い時の様子
なかなかおもしろいことになっています。指定値の立ち上がりから少し遅れて現在値も立ち上がっていますが、頂上あたりで行き過ぎを検知して、戻しすぎ、また行き過ぎ、戻しすぎる…というのを数度繰り返したあと収束しています。いわゆるハンチングと呼ばれる現象です。ゲインを必要以上に高くするとこうなるので注意しましょう。また、モータ電流が瞬間的に高くなる部分で電源電圧が低下しているため指定値にも影響が出ていますね。パスコンを増やすなり電源のインピーダンスを下げるなりしたほうが良いです。画像はありませんが低く過ぎると、いつまで経っても指定値にならないような波形になります。
サーボの特性で、立ち上がり速度と立ち下がり速度が違うのは仕方ないです。
簡単な回路で、角度制御ができておもしろいのでいらないサーボがあれば試してみてはいかがでしょうか。

Web拍手反応

>餃子なのかマグネトロンなのかはっきりしてください
おずしは(一応)人間なのでどちらかと言えば餃子に近いと思います。 

>koko 
ココスの包み焼きハンバーグ食べてみたい

>そりすぎて百万回そりになった猫 
100万回抜いたねこれ のコラ割りとすき

>お前、言語か? 
教諭はアカチャンの時も言語って泣いてそう

>記事書く時はめっちゃ頭良さそうに見えるKKTすこ 
記事書く時はめっちゃ頭良さそうに見えるくらいでしか好かれない男!(ドッ)

>すき... 
心苦しいからやめて

>わーい! 
ワイはワイのために、みんなもワイのために、やぞ

>いつも楽しく拝見しております。シュッシュッシュ 
シュッシュッシュシュシュ!強い素子!シュッシュ!

>オラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオラオ…
いたずらに長いのを送るのはNG

>失敗集はよ 
ワシの伝記出版されたらほぼ失敗集みたいになるやろ


シモネタ送るのはやめよう!

それでは、今日はこの辺で。

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