カテゴリー: 　－ＰＷＭ

ーーMACH　パラレルポートでのPIDコントロールーー
　パラレルポートでの，PIDコントロールについて，調べました。
　Smooth Stepper　では，うまくいかなかったのですが，
　パラレルポートでは，うまくいきました。
　　kernel Speed 100Hz
　　Moter Control
　　　　Use Spindle Motor Output　と　PWM Controlにチェック
　　Special　Function
　　　　Closed　Loop　Spindle　Control　にチェック
　　　　P→１．６　I→１．０　D→１．０
　　PWMBase　Freq　１００
　　Index　入力　ポート　１の１１ピン
　　PWM　出力　ポート　１の１４ピン
　の設定で試してみました。
　入力した回転数に，MACHの方で，追従していく様子が確認
　できました。
　MACHは，やはり優れ物です。
　PIDの設定を最適化すれば，応答速度等，よくなるような気が
　します。
　最初デフォルトの
　　　P→０．２５　I→１．０　D→０．３
　でやりましたが，入力回転数に追従する時間が多少かかり
　ました。Pを１．６に増やしたら，かなり追従までの時間が
　短くなりました。一端上がって，下がります。
　念のため外部の回転計でも回転数を計測しましたが，
　MACHの表示とほぼ同じでした。
　パラレルポートでは，確認できましたが，Smooth Stepperで
　実施するには，なにか設定があるのでしょうかね。

　

　私が確かめたのは，写真のような実験環境です。

　

　パラレルポートにジェンダーコネクターをつなぎ，ジェンダー
　コネクターから引き出した線に各信号線を結線しであります。
　今回使ったPWMのコントローラーは，◯華製のもので，
　PIDコントロールしないと，MACHからのPWM信号よりかなり
　高めの回転をします。
 　　　2019年６月１８日の記事
　で確認した，IRF740等のFETを使うと，きっと，応答速度
　もよくなるのかと思います。

　いくつかのFETを使って，PWMで，モーターのコントロール
　をしてみました。
　４種類ほどですが，だいたい似たような傾向でしたが，
　一つだけ範囲の広いものがありました。
　IRF７４０というFETで，◯華製３０４０というCNCに使われている
　ものです。
　PWMの範囲が広いので，コントロールするには，やりやすい
　のではないかと思いますが，他のものよりも発熱量が多い
　ような気がします。

　

　ただ，今回は４つのFET全部同じ回路でテストしました。
　厳密に言えばきっと，使ってる抵抗等もFETの特性に応じた物
　だと結果が違う物になったかもですね。
　実家においてあったPCをもってきましたので，パラレルポート
　での，PIDのコントロールについて，調べてみようかと思います。
　過日SS（スムーズステッパー）の本家のフォーラムを覗いて
　みましたが，印象としてESS（イーサネットのSS）とMACH４
　での話題が多くなってるような気がしました。

　いろいろやってますが，ＭＡＣＨからの信号でＤＣモーターを
　回す，回したモーターの回転数をＭＡＣＨ上に表示，の二つ
　は，どうにか達成することができました。
　ただ，ＭＡＣＨに入力した回転数と実際の回転数にかなりの
　開きがあります。
　ＭＡＣＨからのＰＷＭ信号のＤＵＴＹ比を調べたところ，入力
　の回転数とほぼ比例していることがわかりました。
　そのＰＷＭ信号を入れている◯華製のコントローラーを調べて
　みると，入力のＰＷＭ信号のＤＵＴＹ比と回転数は，比例関係
　にはなっていないようでした。
　よくわからないのですが，これは，もしかして，回路に使われて
　いるＦＥＴの特性に関係あるのかなと邪推しました。
　そこで，先達のＨＰを参考に，別なＦＥＴを使って，ドライバー
　を作ってみることにしました。
　どうなることやら・・・・・・・・・。
　ちなみに，◯華製のコントローラーと入力ＤＵＴＹ比の関係は，
　およそ，最高回転数９０００ＲＰＭのＤＣモーターで，
　次のようでした。
　　入力ＤＵＴＹ比　　　ＲＰＭ　　　予想されるＲＰＭ
　　４％　　　　　１２８３　　　　　　　３６０（９０００×０．０４）
　　６％　　　　　２２５６　　　　　　　５４０　　・・
　　７％　　　　　３０４９　　　　　　　６３０　　・・
　１１％　　　　　４０６１　　　　　　　９９０　　・・
　１４％　　　　　５００３　　　　　　　・・　　　・・
　１９％　　　　　６１２５　　　　　　　・・
　２５％　　　　　７０００
　３６％　　　　　８０１５
　６９％　　　　　９０００
　これでは，入力した回転数と離れてしまうのは，当たりまえ
　ですね。

　以前作っておいたPWMの基本周波数変換のプログラム
　XC8　V1.35　用に書き換えました。
　PWMの発生器で動作も確認しましたが，大丈夫なようで

　す。元になった諸兄は，変換後の周波数は，少なくとも
　２０ｋHｚ必要だと書いていましたが，私は，
　　　　　１００Hz→→１０KHｚ
　にしてみました。まだ，基板に組んでないのですが，
　実験基板で，実際のコントロールがどうなるか確認して
　みたいと思います。参考までに，下記がプログラムです。
　　main.c
　例によって，コメント，ゴミ等が沢山あります。

　スピンドルをPWMでコントロールすべく，いろいろやって
　ました。
　MACH上に，回転数数を表示するのに，以前，
　　　EESX911R
　というオムロンのフォトインタラプタ―を使いましたが
　〇月にある、
　　ＣＮＺ１０２３
　を使おうと思いました。使えれば、ＣＮＺ１０２３の方が
　一個20円と格安なので、コスパ最高なのですが。
　結論から言うと、オシロでは、きれいな波形が確認で
　きるのですが、残念ながら、私の力では、ＭＡＣＨに
　取り込めませんでした。
　諸兄のＨＰを参考に、
　プルダウンの抵抗やらいろいろ変化させてみましたが、
　だめでした。もしかしたら、前回のように、フォトカプラー
　等で、処理しないとだめなんでしょうかね。
　
　ということで、前回使った
　　EESX911R
　で、回転数を取り込んで表示さて、入力した数値との
　比較を行いました。
　結果、クローズドループのコントロールになるかなと
　思いましたが、だめでした。
　結果は次のようでした。

　　　回転数入力　ポート２　10番ピン
　　　ＰＷＭ出力　　ポート２　14番ピン
　　　カーネル　　　　　　　2500ｋｈｚ
　　　ＰＷＭ基本周蓮　　　1000Ｈｚ
　　　ＭＡＣＨ　ＳＲＯ　20パーセント
　　　　　（これが一番数値が近かった）
　　　入力　　　　　表示　ＲＰＭ
　　　1000　　　　　　1339
　　　2000　　　　　　2339
　　　3000　　　　　　3178
　　　4000　　　　　　3932
　　　5000　　　　　　4623
　　　6000　　　　　　5250
　　　7000　　　　　　5778
　　　8000　　　　　　6218
　　　9000　　　　　　6222

　ＭＡＣＨの、フィードバック、クローズをコントロール、の
　項目にチェックをいれても大きな差はありませんでした。
　ただ、またまた未知数なのですが、Ｐ、Ｉ、Ｄ　の設定の
　項目もあり、ここはデフォでしたので、もしかして、設定
　によっては、うまくいくのかな、と思ったりもしました。
　ありきたりの実験の様子です。

　

　ＭＡＣＨからのＰＷＭの基本周波数は変換してませんので、
　後日、変換した後どうなるか、見てみたいと思います。
　なかなか思うようにできないですね。

　MACHからのPWM制御で，PWMコントローラを通して，
　モーターを回してみましたが，入力値と，回転数がかなり
　離れています。
　MACHの問題なのか，PWMのコントローラーの問題か，
　それとも，別の問題なのか分からないので，
　PWM発生器から，DUTY比を変えて，回転数との関係
　を見てみました。

　

　PWMの基本周波数は，２ｋｈｚにしました。
　モーターの最高回転数は，９４００ｒｐｍです。
　
　　　DUTY比　　　　　　　回転数
　　　１０％　　　　　　　　３４６６ｒｐｍ
　　　２０％　　　　　　　　５７００ｒｐｍ
　　　３０％　　　　　　　　７０５８ｒｐｍ
　　　４０％　　　　　　　　７８００ｒｐｍ
　　　５０％　　　　　　　　８２００ｒｐｍ
　　　６０％　　　　　　　　８６００ｒｐｍ
　　　７０％　　　　　　　　８８００ｒｐｍ
　　　８０％　　　　　　　　９０００ｒｐｍ
　　　９０％　　　　　　　　９４００ｒｐｍ
　　１００％　　　　　　　　回転せず

　PWMのDUTY比と回転数は，比例しないようです。
　正確なコントロールをするには，やはりループバック
　でコントロールする必要があるのでしょうかね。
　回転数をMACHに入れて，ループバックでのコントロール
　をしてみたいと思います。

　前回の記事書いたのもう３年もまえなんですねえ。
　やるつもりでしばらく（ずっと）中断してました。
　機会があって，またその続きをしました。
　今回は，実際のスピンドルモーターをMACHから，
　コントロールしてみました。といっても，私の実験環境
　でですけど。

　

　次の環境で確認しました。

　MACH３→Smooth Stepper→◯ECさん基盤
　　　　　　　　　　↓　　　　　　　　↓　
　　　　　　スピンドルモーター　　ステッピングモーター
　MACH３からのPWM信号は，
　　　　　　　　◯ECさん基盤→汎用出力　１４番
　　　　　　　　Smooth Stepper→ポート２の　１，１４，１７

　のそれぞれで確認でき，写真赤丸の
　PWMコントローラーを介してモーターをコントロールで
　きました。
　という訳で，今回は，MACHへの数値の入力と実際の
　回転数について調べました。

　kenerl Speed 25000Hz
　Pwm Base Freq. 1000
　Pully Selection Min Speed 0
　　　　　　　Max Speed 10000
　　　　　　　Ratio 1

　の設定です。ちなみに，モーターをPWMコントローラー
　を介さないで回すと，９９４９ｒｐｍで，約１００００ｒｐｍ
　位ですね。

　　入力数値　　　　　　　　　実際の回転数
　　　　　５００　　　　　　　　　　　２４８８
　　　　１０００　　　　　　　　　　　４３００
　　　　２０００　　　　　　　　　　　６５４０
　　　　３０００　　　　　　　　　　　７６６８
　　　　４０００　　　　　　　　　　　８２５４
　　　　５０００　　　　　　　　　　　８６１０
　　　　６０００　　　　　　　　　　　８８１３
　　　　７０００　　　　　　　　　　　８９９７
　　　　８０００　　　　　　　　　　　９１０５
　　　　９０００　　　　　　　　　　　９２００
　　　１００００　　　　　　　　　　　回転せず

　　　小さい数字の入力だと
　　　　　１００→約１０００
　　　　　２００→約２０００
　　　で入力のほぼ１０倍になってました。
　　　回転数をMachにフィードバックしていませんので，
　　　フィードバックするように
　　　　　Use　Spindle　FeedBack　in　Sync　Mode
　　　チェックを入れるともっと正確になるんでしょうかね。
　　　諸兄のHPにあった，基本周波数と分解能の問題
　　　のような気もしますが。
　　　多分，基本周波数を上げて，分解能をあげると
　
　　　もっと細かい制御ができるのかなと思います。
　　　後日，基本周波数を変更して，確かめてみようか
　　　と思います。　

　パルスジェネレーターの信号をMACHに入れて見ました。
　パルスジェネレーターのスイッチをON，OFFしたときだけ，

　

　赤枠の部分の数値の変化がありました。
　一度変化すると，その後変化がなくなりますので，多分，
　パルスジェネレターの設定のせいかな？と思います。
　それで，今日は，フォットインターラプタをつないで，MACH
　に入力してみました。
　紙をインターラプタに出し入れしてみると，それにつれて，
　黄色枠の数値が変化しました。

　

　やはり，考え方としては，いいようです。
　円盤を作って，それにスリットを入れて，実際の回転数
　を表示させてみたいと思います。
　作った円盤をドライバードリルに取り付けます。

　

　手持ちでインタラプターをセットして，回転させると，

　

　回転数を表示することができました。
　あれこれ見ていると，パルスの入力設定に関係ありそうな
　項目がありました。
　Usb　SmootStepper　ｖ1.7fe Config　の設定で，
　Spindle　IndexPrescaleの項目です。

　

　この数値が，１回転あたりのパルスの数の設定のようです。
　写真のように１０に設定したところ，タコメーターで測定した
　数値の１／１０になりましたので，あってると思います。
　数値が安定しないのは，もしかして，フォトインタラプタとMACH
　の間にフォトカプラーを入れてますので，このカプラーの応答
　速度の関係かもしれません。

　以前，ロックヒルさんの掲示板だったでしょうか，スピンドルの
　回転数をMACH上に表示することに関する書き込みがあった
　ように思います。他の諸兄の掲示板だったかもしれませんが，
　ちょっと不確かです。
　それによれば，MACHで回転数を表示するには，確か「index」
　に信号を入力すればいいような書き込みだったと思います。

　

　この「ｉｎｄｅｘ」にパルスを入力すると，

　

　ここに表示されるのでしょうか。
　手元にある○月のファンクションジェネレーターでパルスを
　生成して，簡単なインターフェースを介して，入力してみた
　いと思います。

　

　このジェネレーターは，矩形波だと０Ｈｚ～１０ＫＨｚまでの
　波形を生成できます。
　オムロンのパルスメーターだと，１回転に必要なパルスの
　回数を設定できますが，ＭＡＣＨでは，ざっと見たところそ
　れがないようなので，たぶん，１パルス１回転の表示になる
　ような気がします。
　たどすると，このジェネレータで，０～１００００ｒｐｍの表示に
　　（訂正　勘違いでした。RPMですので，０～６０００００ｒｐｍですね。）

　なるはずです。さて，どうなるか・・・・・・・。
　追記　１００００ｒｐｍ程度まで，表示できればいいので，
　　　　　パルスジェネレーターで生成するHzは，
　　　　　１００００÷６０＝１６６．６
　　　　　ですね。
　インターフェースは，パルスジェネレーターとＭＡＣＨ（ＰＣ）の間
　にフォットカプラーを入れて，ＭＡＣＨでindexに設定した端子
　をアクティブローの設定で，グランドに落とすだけなので，
　フォットカプラーと抵抗だけです。

　ちょっと前に，諸兄のHPを参考にPWMの基本周波数変更の
　記事を書きました。
　作ったプログラムを使って実際の運用はしていないのですが，
　運用すべく次の段階に移ります。
　今回は，市販（アリエクスプレス）のPWM制御の基盤を使って
　みようと思います。

　

　何日か前に書き留めで届きました。これにはちょっとびっくり
　です。通常の郵便で届くかと思いましたが，これだと，間違い
　も少ないでしょうね。
　という訳で，今日，ちょっと調べて見ました。
　以前にSABLEの静音スピンドルを購入しましたが，これについ
　ていた２４Vの電源を使って，PWMの出力波形を見てみました。
　最初，オシロに出力波形を出してみて，びっくり。

　

　ノイズだらけ？です。本体が壊れているのかとおもいしたが，
　念のために，電源を変えてみました。すると，

　

　きれいな波形です。波形が波形が汚かったのは，電源のせい
　でした。こんなに違いがあるんですね。
　ちなみに，ノイズがひどかったのが，

　

　の電源です。
　ちなみに，PWMの制御基板も○華製です。
　波形を見てみると，基本周波数は，約１０ｋｈｚで，PWM
　は０％～１００％まで，調節可能なようです。
　次は，MACHからの信号で，制御してみようと思います。
　ちなみに，波形がきれいだったのは，

　

　の電源で，コーセルのメーカーです。
　波形がきたなかったのは，
　たぶん，○華製でしょうかね。