Kondenzatorji v robotiki: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Motivacija za ta Instructable je daljša, ki se razvija in spremlja napredek skozi laboratorijski tečaj Texas Instruments Robotics System Learning Kit. Motivacija tega tečaja je izdelava (ponovna izdelava) boljšega in robustnejšega robota. V pomoč je tudi "Oddelek 9: Napetost, moč in shranjevanje energije v kondenzatorju, Analiza vezja enosmernega toka", na voljo na spletnem mestu MathTutorDvd.com.

Pri gradnji velikega robota morate biti zaskrbljeni zaradi številnih vprašanj, ki jih pri gradnji majhnega robota ali robota lahko večinoma zanemarite.

Biti bolj seznanjen ali seznanjen s kondenzatorji bi vam lahko pomagal pri vašem naslednjem projektu.

1. korak: Deli in oprema

Če se želite poigrati, raziskati in narediti lastne zaključke, vam je v pomoč nekaj delov in opreme.

• upori različnih vrednosti
• kondenzatorji različnih vrednosti
• mostične žice
• stikalno stikalo
• mizo
• osciloskop
• voltmetrom
• generator funkcij/signalov

V mojem primeru nimam generatorja signalov, zato sem moral uporabiti mikrokrmilnik (MSP432 podjetja Texas Instruments). Iz tega drugega Instructable -a lahko dobite nekaj napotkov, kako to narediti sami.

(Če želite, da mikrokrmilna plošča naredi samo svoje (sestavljam vrsto navodil, ki bi lahko bila v pomoč), je razvojna plošča MSP432 relativno poceni in znaša približno 27 USD. Preverite pri Amazonu, Digikeyju, Newark, Element14 ali Mouser.)

2. korak: Oglejmo si kondenzatorje

Predstavljajmo si baterijo, stikalno stikalo (Pb), upor (R) in kondenzator vse v seriji. V zaprti zanki.

V času nič t (0), ko je Pb odprt, ne bi merili napetosti niti na uporu niti na kondenzatorju.

Zakaj? Odgovor na upor je enostaven - izmerjena napetost je lahko le, če skozi upor teče tok. Če obstaja razlika v potencialu, to povzroči tok.

Ker pa je stikalo odprto, ne more biti toka. Tako ni napetosti (Vr) na R.

Kaj pa čez kondenzator. No.. spet ni trenutnega toka v tokokrogu.

Če je kondenzator popolnoma izpraznjen, to pomeni, da na njegovih sponkah ni mogoče izmeriti potencialne razlike.

Če potisnemo (zapremo) Pb pri t (a), postanejo stvari zanimive. Kot smo navedli v enem od videoposnetkov, se kondenzator zažene kot izpraznjen. Enaka raven napetosti na vsakem priključku. Zamislite si to kot kratko ožičeno žico.

Čeprav notranji elektroni ne tečejo skozi kondenzator, obstaja pozitiven naboj, ki se začne tvoriti na enem priključku, in negativen na drugem. Nato se (navzven) zdi, da res obstaja tok.

Ker je kondenzator v najbolj izpraznjenem stanju, je ravno takrat, ko ima največjo zmogljivost, da sprejme naboj. Zakaj? Ker med polnjenjem to pomeni, da je na njegovem terminalu izmerljiv potencial, kar pomeni, da je po vrednosti bližje uporabljeni napetosti akumulatorja. Z manjšo razliko med porabo (baterija) in naraščajočim nabojem (napetost narašča) je manj zagona, da se akumulacija nabira z enako hitrostjo.

Stopnja akumuliranega polnjenja se sčasoma zmanjšuje. To smo videli v videoposnetkih in simulaciji L. T. Spice.

Ker želi kondenzator na samem začetku sprejeti največji naboj, deluje na preostali del tokokroga kot začasen kratek stik.

To pomeni, da bomo dobili največji tok skozi vezje na začetku.

To smo videli na sliki, ki prikazuje simulacijo L. T. Spice.

Ko se kondenzator napolni in se njegova napetost na sponkah približa uporabljeni napetosti, se zmanjša zagon ali sposobnost polnjenja. Pomislite - večja je razlika napetosti v nečem, večja je možnost pretoka toka. Velika napetost = možen velik tok. Majhna napetost = možen majhen tok. (Običajno).

Zato kondenzator doseže napetost uporabljene baterije, potem izgleda kot prekinitev ali prekinitev v tokokrogu.

Tako se kondenzator zažene kot kratek in konča kot odprt. (Biti zelo poenostavljen).

Torej, spet največji tok na začetku, najmanjši tok na koncu.

Še enkrat, če poskusite izmeriti napetost na kratki, ne boste videli nobene.

Torej, v kondenzatorju je tok največji, ko je napetost (čez kondenzator) na nič, tok pa je najmanj, ko je napetost (čez kondenzator) največja.

Začasno skladiščenje in oskrba z energijo

Ampak obstaja še nekaj in prav ta del bi lahko bil v pomoč pri naših robotskih vezjih.

Recimo, da je kondenzator napolnjen. To je pri uporabljeni napetosti akumulatorja. Če bi iz nekega razloga padla uporabljena napetost ("povešanje"), morda zaradi pretiranih potreb po toku v tokokrogih, se bo v tem primeru zdelo, da tok teče iz kondenzatorja.

Tako recimo, da vhodna uporabljena napetost ni tako stabilna, kot jo potrebujemo. Kondenzator lahko pomaga izravnati te (kratke) padce.

3. korak: Ena uporaba kondenzatorjev - šum pri filtriranju

Kako nam lahko pomaga kondenzator? Kako lahko uporabimo, kar smo opazili pri kondenzatorju?

Najprej modelirajmo nekaj, kar se dogaja v resničnem življenju: hrupno napeljavo v vezjih našega robota.

Uporabili smo L. T. Spice, lahko sestavimo vezje, ki nam bo pomagalo analizirati digitalni šum, ki bi se lahko pojavil v napajalnih tirnicah našega robota. Slike prikazujejo vezje in Spicejevo modeliranje nastalih napetostnih nivojev na vodniku.

Razlog, zakaj ga Spice lahko modelira, je, ker ima napajalnik vezja ("V.5V. Batt") malo notranjega upora. Samo za udarce sem naredil 1ohm notranjega upora. Če to modelirate, vendar ne zagotovite, da ima vir napetosti notranji upor, zaradi digitalnega šuma ne boste opazili padca napetosti v tirnici, ker je potem vir napetosti "popoln vir".