Motori Elettrici

1. Motori Elettrici • In alternata • Sincroni • Asincroni • In continua: • motori DC universali • a impulsi • Passo-passo • Brushless

2. Corso di robotica Motori in corrente continua

3. 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)

4. 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

5. 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).

6. 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.

7. 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 - + - +

8. 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

9. 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

10. + - Il ponte ad H • Permette di invertire il verso della corrente B1 A1 B2 A2

11. 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 B1 A1 A1 + + - - B2 B2 A2 A2 - - 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!!!

12. Schema di controllo MD22 BX-24 V= 0 – 5V I= 1mA V= 0 – 12V I= 2A Motore Driver Microcontrollore

13. 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

14. MD22 - Caratteristiche • Pilota due motori con controlli indipendenti • Facile da usare e versatile • 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 • Funzione direzionale implementata (sterzata). Consente di variare la velocita' e la direzione dei motori per far cambiare di direzione il mezzo

15. MD22 – modalità di controllo • 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

16. MD22 Connections Control switches

17. Mode switches

18. 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

19. 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 • 1.5 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 ms 1.5 ms 2 ms

20. A B C Applicazioni: pilotaggio con potenziometro modalità analogica gnd 10V Motor power MD22 Motor 1 Motor 1 Motor ground 5V on on on off gnd

21. Applicazioni: pilotaggio con BX 24 modalità RC Servo Pin 4 10V Motor power Pin 11 MD22 Motor 1 Pin 21 Motor 1 Motor ground on off on off gnd

22. Applicazioni: pilotaggio con BX 24 modalità RC Servo • Comando basicx call pulseout(mot1, 1382, 1)

23. Riferimenti • Vincenzo Villa • http://www.vincenzov.net/index.htm • PWM Tutorial di Giovanni Giannetti • Datasheet MD22