モーター速度(回転数)制御

モーターの回転数の測定は、モーター回転数測定(周期測定の応用)で製作しましたので、今回は、回転数を制御する機能を付加してみました。

<仕様>

• アップ(UP)スイッチで、1000rpm単位で速度(回転)を上げることができる。
• ダウン(DOWN)スイッチで、1000rpm単位で速度(回転)を下げることができる。
• 設定範囲は、1000rpm~10000rpm迄とする。

次の図のように、目標値と回転数(検出)を比較(演算)し、モーターの速度(回転)を制御します。一般的には、このような制御方式を、「フィードバック制御」と呼びます。

◎目標値
プッシュスイッチで、1000rpm単位で、アップ(UP)またはダウン(DOWN)させます。

◎演算部
目標値と回転数を比較し、制御部へ指示を出します。

◎制御部
PWM(Pulse Width Modulation)方式を採用し、1024段階の速度(回転)制御を可能とします。

◎モーター
手持ちの、「マブチモーターRE260」を使用します。

• 限界電圧:1.5~3.0V
• 適正電圧:3.0V
• トルク:10.0g/cm
• 負荷時の回転数:8,900rpm
• 負荷時の消費電流:700mA
• シャフト径:2.0mm
• 重量;30g
• 外形寸法:26.9×23.8mm

◎回転数検出部
フォトインタラプタを使用します。スリット板は、小さな長方形の銅板をモーター軸に直接半田付けしました。

MotorControl.c

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#define		TA_SIG		PORTB.F1
#define		CYCLE_DATA	2.0			//エンジン1回転あたりのパルス数 
 
#define		ON			0
#define		OFF			1
 
#define		STS_HIGH	1
#define		STS_LOW		0
 
#define		LED			PORTB.F4
#define		SW_UP		PORTB.F2
#define		SW_DOWN		PORTB.F3
 
//********************************************************************** 
 
static	unsigned	short	interrupt_cnt;
 
void	interrupt()
{
	if (INTCON.T0IF == 1) {
		INTCON.T0IF = 0;
		//
		LED = ~LED;
		//
		if (interrupt_cnt > 0)
			interrupt_cnt--;
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
long	measurement()
{
	static	unsigned	int	cnt;
	// TIMER1の設定
	PIE1.TMR1IE = 0;
	PIR1.TMR1IF = 0;
	T1CON.T1RUN = 0;
	T1CON.T1CKPS1 = 0;
	T1CON.T1CKPS0 = 1;
	T1CON.T1OSCEN = 0;
	T1CON.NOT_T1SYNC = 1;
	T1CON.TMR1CS = 0;
	T1CON.TMR1ON = 0;
	TMR1L = 0;
	TMR1H = 0;
	//信号の立ち上がりをチェックする。
	interrupt_cnt = 10; 
	while (TA_SIG == STS_HIGH) {
		if (interrupt_cnt == 0)
			return (0);
	}
	interrupt_cnt = 10; 
	while (TA_SIG == STS_LOW) {
		if (interrupt_cnt == 0)
			return (0);
	}
	//TIMER1を開始する。 
	T1CON.TMR1ON = 1;
	//信号の立ち上がりをチェックする。 
	interrupt_cnt = 10; 
	while (TA_SIG == STS_HIGH) {
		if (interrupt_cnt == 0)
			return (0);
	}
	interrupt_cnt = 10; 
	while (TA_SIG == STS_LOW) {
		if (interrupt_cnt == 0)
			return (0);
	}
	//TIMER1を停止する。 
	T1CON.TMR1ON = 0;
	//オーバーフローをチェックする。 
	if (PIR1.TMR1IF == 1)
		return (-1);
	//実時間に変換する。 
	cnt = TMR1H << 8;
	cnt = cnt | TMR1L;
	return (cnt);	// 4.0usec=(1/8000000)*4*8*1000000
}
 
//********************************************************************** 
 
void	Pwm_Change_DutyEx(unsigned int duty_ratio)
{
    CCPR1L = duty_ratio >> 2;
    CCP1CON.F6 = duty_ratio & 0b00000001;
    CCP1CON.F7 = (duty_ratio & 0b00000010) >> 1; 
}
 
//********************************************************************** 
 
void	main()
{
	static	unsigned	char	buf[16], cnt;
	static	unsigned	long	cycleTime, rpm, targetRpm, tmp;
	static	unsigned	int		duty;
	//
	OSCCON = 0b01110000;		// クロックは8MHz 
	CMCON  = 0b00000111;		// コンパレータは使用しない。
	ANSEL  = 0b00000000;		// A/D変換は使用しない。 
	TRISA  = 0b00111100;
	TRISB  = 0b00001110;
	OPTION_REG.F7 = 0;			// PORTBをプルアップする。 
	//
	duty = 512;
	interrupt_cnt = 0;
	targetRpm = 8000;
	// TIMER0の設定
	INTCON.T0IE = 1;
	INTCON.T0IF = 0;
	OPTION_REG.T0CS = 0;
	OPTION_REG.PSA = 0;
	OPTION_REG.PS2 = 1;
	OPTION_REG.PS1 = 1;
	OPTION_REG.PS0 = 1;
	TMR0 = 0;
	//
	Lcd_Custom_Config(&PORTA, 1, 0, 7, 6, &PORTB, 5, 6, 7);
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
	Lcd_Custom_Out(1, 9, "rpm");
	Lcd_Custom_Out(2, 9, "us");
	//
	Pwm_Init(10000);
	PR2 = 0xFF;
	Pwm_Change_DutyEx(duty);
	Pwm_Start();
	// 割り込みを許可する。 
	INTCON.PEIE = 1;
	INTCON.GIE = 1;
	//
	while (1) {
		//パルス間隔の時間を測定する。
		cycleTime = 0;
		for (cnt = 0; cnt < 100; cnt++) {
			tmp = measurement();
			if (tmp == 0) {
				Lcd_Custom_Out(1, 1, "error! 1");
				cycleTime = 0;
				break;
			}
			if (tmp == -1) {	//オーバーフローでいればエラー表示する。 
				Lcd_Custom_Out(1, 1, "error! 2");
				cycleTime = 0;
				break;
			}
			cycleTime += tmp;
		}
		if (cycleTime == 0)
			continue;
		cycleTime = cycleTime / 10;
		//1分間の回転数を求め表示する。 
		rpm = (600000000 / cycleTime) / CYCLE_DATA;
		tmp = rpm / 100;
		if ((rpm - (tmp * 100)) >= 50) {
			tmp++;
		}
		tmp = tmp * 100;
		LongToStr(tmp, buf);
		Lcd_Custom_Out(1, 1, &buf[3]);
		//パルスの間隔を求め表示する。 
		LongToStr(cycleTime, buf);
		buf[12] = 0x00;
		buf[11] = buf[10];
		buf[10] = '.';
		Lcd_Custom_Out(2, 1, &buf[4]);
		//ＰＷＭのＤＵＴＹを表示する。 
		WordToStr(duty, buf);
		Lcd_Custom_Out(1, 13, &buf[1]);
		//Ｐ目標値を表示する。 
		WordToStr(targetRpm, buf);
		Lcd_Custom_Out(2, 12, buf);
		//速度の制御を行う。 
		if (rpm > targetRpm) {
			duty--;
		} else {
			duty++;
		}
		Pwm_Change_DutyEx(duty);
		//
		if (SW_UP == ON) {
			targetRpm += 1000;
		}
		if (SW_DOWN == ON) {
			targetRpm -= 1000;
		}
	}
}
 
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左側から、1000rpm、2000rpm、3000rpm
表示内容は、左上<rpm>、左下<パルス幅>、右上<PWMのデューティー値>、右下<目標値>

左側から、4000rpm、5000rpm、6000rpm

左側から、7000rpm、8000rpm、9000rpm

10000rpm

目標値と実際の速度の下限値と上限値をグラフにしてみました。

その時の、PWMのデューティー値をグラフにしてみました。
今回、使用した「マブチモーターRE260」の回転数は、8900rpmなので、10000rpmでは、デューティー値が極端に高くなっています。
2000rpm~8000rpmが、実用的な範囲だと考えられます。