DC motor speed control Using Back-EMF for Feedback with MCU Arduino UNO

ทดลองอีก 1 โครงงานกับการควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง (DC Motor) ด้วยการใช้สัญญาณค่าแรงดันย้อนกลับ (Back-EMF) ของตัวมอเตอร์ในการป้อนกลับความเร็วเพื่อให้เราสามารถควบคุมได้คงที่ และเป็นอีกหนึ่งเทคนิคของการป้อนกลับความเร็วที่ ใช้อุปกรณ์น้อย ประหยัดค่าใช้จ่ายและออกแบบได้ไม่ยากนัก

จากในรูปเป็นการเตรียมอุปกรณ์ที่ใช้ในการขับตัวมอเตอร์กระแสตรง ซึ่งในที่นี้จะใช้แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) อเนกประสงค์เพื่อให้ประกอบวงจรได้เร็วขึ้น ใช้มอสเฟตเป็นตัวขับกำลังให้กับมอเตอร์และมีฮีตซิ้งสำหรับระบายความร้อนเล็กน้อย

สำหรับมอเตอร์ที่ใช้จะขนาดเล็ก (ประมาณ 36 วัตต์) เพื่อเป็นแนวความคิดเบื้องต้น และสังเกตการทำงานของระบบ รวมทั้งพฤติกรรมที่เกิดขึ้นด้วยการควบคุมความเร็วด้วยเทคนิคนี้กัน

ประกอบในส่วนของตัวต้านทานตรสจจับกระแสขนาด 0.47R วงจรรับค่าแรงดันย้อนกลับโดยออกแบบให้เหมาะสมกับค่าแรงดันที่ป้อนให้ตัวมอเตอร์ รวมทั้งช่วงแรงดันที่เกิดขึ้นในสูงสุดและต่ำสุดสำหรับป้อนให้กับตัวประมวลผล Arduino UNO ที่ขาอะนาลอกอินพุต

จากนั้นใช้สายไฟเชื่อมต่อระหว่างบอร์ดขับมอเตอร์ที่เราสร้างขึ้น กับบอร์ดประมวลผล Arduino UNO เพื่อให้เชื่อต่อกันได้ง่าย ซึ่งจะประกอบด้วย สายกราวด์ (GND) สายรับสัญญาณควบคุมพัลซ์วิดมอดูเลต (PWM Drive Signal) สายรับสัญญาณแรงดันที่เกิดขึ้นจากกระแสที่ไหลผ่านตัวมอเตอร์ (Im) และสายส่งสัญญาณค่าแรงดันย้อนกลับ (Vback-emf)

จากรูปข้างบนจะเป็นลักษณะการต่อวงจรเข้าด้วยกันระหว่าบอร์ดขับมอเตอร์ บอร์ดประมวลผล และตัวมอเตอร์ที่จะใช้ในการทดลอง โดยสัญญาณควบคุมพัลซ์วิดมอดูเลต PWM Drive Signal จะเข้าที่ขา 3 ของบอร์ดประมวลผล สัญญาณตรวจจับกระแสที่ไหลผ่านตัวมอเตอร์ (Im) เข้าที่ขา A0 สัญญาณค่าแรงดันย้อนกลับ (Vback-emf) เข้าที่ขา A1 และขากราวด์ต่อถึงกัน

ในรูปถัดมาเป็นลักษณะของการต่อไฟเลี้ยงให้กับวงจร การใช้สายวัดสัญญาณด้วยออสซิลโลสโคปในการตรวจจับสัญญาณที่เกิดขึ้นเบื้องต้น

สำหรับในรูปถัดมาจะเป็นวงจรการต่อใช้งานทั้งหมดสำหรับโครงงานนี้ เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น และสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ ได้ตามความเหมาะสม

สุดท้ายจะเป็นวิดีโอการทดลองต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากการทดลอง ลักษณะของสัญญาณและผลของการตอบสนองการทำงาน ด้วยการควบคุมความเร็วด้วยเทคนิครับค่าแรงดันย้อนกลับของตัวมอเตอร์เพื่อปรับความเร็วให้ได้ค่าที่ถูกต้อง

Reference

  1. https://www.homemade-circuits.com/constant-torque-dc-motor-speed-controller-circuit/
  2. https://www.precisionmicrodrives.com/content/ab-026-sensorless-speed-stabiliser-for-a-dc-motor/
  3. http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/Interface/cmscontrol.htm
  4. https://www.carotron.com/applications/csag-d/
  5. https://forums.parallax.com/discussion/98235/motor-control-using-back-emf-techniques