Analog DC Motor Speed Control By TL494 V.2 (Close Loop Control)

โครงงานนี้เป็นการพัฒนาต่อเนื่อง สำหรับการควบคุมมอเตอร์กระแสตรงด้วยไอซีเบอร์ TL494 ซึ่งในเวอร์ชั่น 2 นี้จะเป็นการปรับปรุงจากเวอร์ชั่น 1 ให้สามารถควบคุมความเร็วรอบในระบบแบบปิด (Close Loop Control) ด้วยการรับสัญญาณป้อนกลับจากตัวมอเตอร์ (Process Value : PV) เข้ามาควบคุมด้วยออปแอมป์และค่ากำหนดความเร็ว (Set Point : SP) จากนั้นนำผลที่ได้มาปรับความเร็วรอบมอเตอร์ให้คงที่ โดยในการทดลองจะมี 3 ส่วนคือ 1. การปรับความเร็วรอบแบบไม่มีโหลดและสังเกตสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น 2. การทดสอบการตอบสนองความเร็วเมื่อแรงดันไฟเลี้ยงไม่คงที่ 3. การทดสอบการตอบสนองความเร็วเมื่อมอเตอร์มีโหลด

Analog DC Motor Speed Control By TL494
รูปที่ 1 แสดงลักษณะของการต่ออุปกรณ์ต่างๆ สำหรับทดลอง

รูปที่ 1 เราจะเห็นลักษณะของบอร์ดต้นแบบ (Prototype) ในการควบคุมมอเตอร์เดิมจากเวอร์ชั่น 1 แต่จะมีการเพิ่มอุปกรณ์บางส่วนเข้ามา เพื่อให้วงจรนี้สามารถควบคุมความเร็วรอบให้กับมอเตอร์คงที่มากขึ้นด้วยการใช้ระบบควบคุมปิด โดยในส่วนที่เพิ่มเติมสามารถดูได้ตามรูปที่ 7

Analog DC Motor Speed Control By TL494
รูปที่ 2 ลักษณะของการทดลองโครงงาน

รูปที่ 2 แสดงลักษณะของการใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ในการทดลอง โดยในส่วนนี้จะคล้ายกับการทดลองในเวอรชั่นที่ 1 แต่ลักษณะของการทำงานของระบบการควบคุมจะแตกต่างกัน ซึ่งเราจะสังเกตการตอบสอนงการทำงานในส่วนนี้เพิ่มเติม

Analog DC Motor Speed Control By TL494
รูปที่ 3 ลักษณะของสัญญาณที่ใช้ในการขับมอเตอร์

รูปที่ 3 เป็นรูปแสดงลักษณะของสัญญาณที่ใช้ในการขับมอเตอร์ แบบพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่ช่องสัญญาณที่ 1 (CH1) และช่องสัญญาณที่ 2 (CH2) เป็นลักษณะของกระแสที่ไหลผ่านตัวมอเตอร์ที่เกิดขึ้นร่วมกัน

รูปที่ 4 การทดสอบปรับสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นและสังเกตความเร็วมอเตอร์

รูปที่ 4 เป็นรูปแสดงการทอสอบการปรับความเร็วรอบที่สัมพันธ์กับสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น โดยเราจะทดลองปรับความกว้างที่น้อยที่สุด (Duty Cycle = 0%) และความกว้างสูงสุด (Duty Cycle = 98%) และทดลองความเร็วในการตอบสนองในการปรับเปลี่ยนไปยังค่าต่างๆ อีกด้วย

Analog DC Motor Speed Control By TL494
รูปที่ 5 การทดสอบเมื่อไฟเลี้ยงวงจรไม่คงที่และปรับควบคุมความเร็ว

รูปที่ 5 แสดงการทดสอบการรักษาความเร็วของตัวมอเตอร์ให้คงที่ เมื่อไฟเลี้ยงวงจรไม่คงที่ โดยการทดลองจะปรับไฟเลี้ยงจ่ายแหล่งจ่ายไฟ (DC Power Supply) ที่ค่าต่างๆ (15V-21V) จากนั้นสังเกตการตองสนองต่อไฟเลี้ยงไม่คงที่จากสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น คือเมื่อไฟเลี้ยงลดลงสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นจะกว้างขึ้น ในทางกลับกันเมื่อไฟเลี้ยงสูงขึ้ยสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นจะแคบลง เพื่อรักษาความเร็วให้คงที่ ซึ่งในการทดลองนี้เราจะปรับค่าสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นเริ่มต้นไว้ที่ 50% ก่อนครับ

Analog DC Motor Speed Control By TL494
รูปที่ 6 การทดสอบเมื่อมอเตอร์ได้รับโหลดและควบคุมความเร็วให้คงที่

รูปที่ 6 เป็นการทดสอบการทำงานของวงจร เพื่อสังเกตการตองสนองต่อโหลดที่เกิดขึ้น โดยเราจะเห็นสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น จะมีการปรับเปลี่ยนความกว้างเพื่อรักษาความเร็วรอบให้คงที่ โดยในการทดสอบนี้จะปรับสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นไว้ที่ประมาณ 50% เพื่อให้ง่ายต่อการสังเกตผลที่เกิดขึ้น

รูปที่ 7 วงจรที่ใช้ในการทดลองในโครงงานนี้

รูปที่ 7 แสดงวงจรที่ใช้ในการทดลองโครงงานนี้ ซึ่งเมื่อเทียบกับเวอร์ชั่น 1 จะมีจุดเพิ่มเติมที่ตำแหน่งการส่งสัญญาณป้อนกลับ (Process Value : PV) ที่จุด (FB) ใกล้กับตัวมอเตอร์, ตำแหน่งรับสัญญาณไฟเลี้ยงอ้างอิง (Set Point : SP) จากไฟเลี้ยง +24V และจากตัวต้านทานปรับค่า RP2 ที่จุด (IN+), และส่วนของอุปกรณ์ปรับชดเชยการทำงานของระบบควบคุมที่ R8, C1, R1 และ R7 ซึ่งจะเป็นการควบคุมแบบอินทิเกรเตอร์ (Integrator Circuit Control) โดยในส่วนนี้เราสามารถปรับแต่งให้เหมาะสมกับระบบอื่นๆ ได้ตามความเหมาะสม

สำหรับโครงงานการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) แบบอะนาลอก ด้วยไอซี TL494 ที่นำเสนอทั้ง 2 เวอร์ชั่นนี้ คงจะเป็นประโยชน์ให้กับท่านได้นะครับ ซึ่งทั้งนี้วิดีโอการทดลองโครงงานจะช่วยให้เห็นลักษณะการทำงานของวงจรที่ออกแบบและเป็นแนวทางสำหรับนำไปปรับปรุงหรือประยุกต์ใช้งานต่างๆ ในรูปแบบเดียวกันได้ง่ายยิ่งขึ้น.

Reference

  1. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf?ts=1611890654288&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTL494
  2. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TL494-D.PDF
  3. http://www.dzkfw.com.cn/Article/UploadFiles/201806/2018060710515222.gif
  4. https://www.electronics-lab.com/community/index.php?/topic/42361-750w-dc-motor-speed-controler-0-100-with-schematic-and-pcb-layout/
  5. https://www.electronicspoint.com/forums/threads/speed-controller-circuit-change-please-help.218267/
  6. https://neelpmehta.wordpress.com/analog-pid-control-using-op-amps/
  7. http://ethesis.nitrkl.ac.in/8015/1/2016_BT_Soumya_112EE0232.pdf
  8. https://ncastroie.files.wordpress.com/2015/10/pid-motor-control.pdf
  9. http://bhagatnikunj.weebly.com/uploads/1/0/4/6/10469153/esd_report.pdf
  10. https://www.physicsforums.com/threads/analog-pid-loop.991890/page-2
  11. https://www.nutsvolts.com/magazine/article/the_pid_controller_part_1
  12. https://www.precisionmicrodrives.com/content/ab-026-sensorless-speed-stabiliser-for-a-dc-motor/