Kondenzátory v robotike: 4 kroky

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Motiváciou pre tento Instructable je ten dlhší, ktorý sa vyvíja a ktorý sleduje pokrok prostredníctvom laboratórneho kurzu súpravy Texas Instruments Robotics System Learning Kit. A motiváciou pre tento kurz je postaviť (prestavať) lepšieho a robustnejšieho robota. Tiež je nápomocná „Časť 9: Ukladanie napätia, energie a energie v kondenzátore, DC technická obvodová analýza“, dostupná na MathTutorDvd.com.

Existuje mnoho problémov, ktorých sa musí človek zaoberať pri stavbe veľkého robota a ktorých môže pri stavaní malého alebo hračkového robota väčšinou ignorovať.

Znalosť alebo znalosť kondenzátorov vám môže pomôcť pri ďalšom projekte.

Krok 1: Časti a vybavenie

Ak sa chcete hrať, skúmať a vyvodiť vlastné závery, tu je niekoľko častí a vybavenia, ktoré by mohli pomôcť.

• rôzne hodnotové odpory
• kondenzátory rôznych hodnôt
• prepojovacie vodiče
• tlačidlový spínač
• chlebník
• osciloskop
• voltmetr
• generátor funkcií/signálu

V mojom prípade nemám generátor signálu, takže som musel použiť mikrokontrolér (MSP432 od Texas Instruments). V tomto inom návode môžete získať rady, ako to urobiť sami.

(Ak chcete, aby doska mikrokontroléra vykonávala svoju vlastnú činnosť (zostavujem sériu inštrukcií, ktoré by mohli byť nápomocné), samotná vývojová doska MSP432 je relatívne lacná za približne 27 USD. Môžete sa obrátiť na Amazon, Digikey, Newark, Element14 alebo Mouser.)

Krok 2: Pozrime sa na kondenzátory

Predstavme si batériu, tlačidlový spínač (Pb), odpor (R) a kondenzátor všetky v sérii. V uzavretej slučke.

V čase nula t (0) s otvoreným Pb by sme nezmerali žiadne napätie na rezistore ani na kondenzátore.

Prečo? Odpovedať na tento odpor je jednoduché - namerané napätie môže byť iba vtedy, keď odporom preteká prúd. Cez rezistor, ak existuje rozdiel v potenciáli, spôsobí to prúd.

Pretože je však spínač otvorený, nemôže existovať žiadny prúd. Na R. teda nie je žiadne napätie (Vr)

Čo tak cez kondenzátor. No.. opäť v obvode momentálne nie je žiadny prúd.

Ak je kondenzátor úplne vybitý, znamená to, že na jeho svorkách nemôže byť merateľný rozdiel potenciálov.

Ak stlačíme (zatvoríme) Pb v t (a), veci začnú byť zaujímavé. Ako sme naznačili v jednom z videí, kondenzátor sa spustí ako vybitý. Rovnaká úroveň napätia na každom termináli. Predstavte si to ako skratovaný vodič.

Aj keď cez kondenzátor vnútorne neprúdia žiadne skutočné elektróny, na jednom termináli sa začína vytvárať kladný náboj a na druhom konci negatívny náboj. Potom sa to javí (zvonka), akoby skutočne existoval.

Pretože je kondenzátor v najviac vybitom stave, potom je to vtedy, keď má najväčšiu kapacitu na prijatie náboja. Prečo? Pretože keď sa nabíja, znamená to, že na jeho svorke je merateľný potenciál, a to znamená, že je svojou hodnotou bližšie k použitému napätiu batérie. S menším rozdielom medzi použitým (batéria) a zvyšujúcim sa nabíjaním (rastúcim napätím) existuje menší impulz udržať akumulujúcu sa nabíjačku rovnakou rýchlosťou.

Hromadiaca sa rýchlosť nabíjania sa postupom času znižuje. Videli sme to na videách aj na simulácii L. T. Spice.

Pretože je na úplnom začiatku, že kondenzátor chce prijať najväčší náboj, funguje to ako dočasný skrat pre zvyšok obvodu.

To znamená, že obvodom na začiatku dostaneme najväčší prúd.

Videli sme to na obrázku, ktorý ukazuje simuláciu L. T. Spice.

Keď sa kondenzátor nabíja a vyvíjajúce sa napätie na svojich svorkách sa blíži k použitému napätiu, impulz alebo schopnosť nabíjať sa znižuje. Zamyslite sa nad tým - čím väčší je napäťový rozdiel v niečom, tým väčšia je možnosť toku prúdu. Veľké napätie = možný veľký prúd. Malé napätie = možný malý prúd. (Typicky).

Preto keď kondenzátor dosiahne úroveň napätia použitej batérie, potom to vyzerá ako prerušenie alebo prerušenie obvodu.

Kondenzátor sa teda spustí ako skrat a skončí ako otvorený. (Byť veľmi zjednodušený).

Takže opäť maximálny prúd na začiatku, minimálny prúd na konci.

Ešte raz, ak sa pokúsite zmerať napätie cez skrat, žiadne neuvidíte.

V kondenzátore je teda prúd najväčší, keď je napätie (cez kondenzátor) na nule, a prúd je najmenší, keď je napätie (cez kondenzátor) najvyššie.

Dočasné skladovanie a dodávka energie

Ale je toho viac a práve táto časť by mohla byť nápomocná v našich obvodoch robotov.

Povedzme, že kondenzátor je nabitý. Je na aplikovanom napätí batérie. Ak z nejakého dôvodu klesne aplikované napätie („priehyb“), pravdepodobne v dôsledku niektorých nadmerných prúdových potrieb v obvodoch, v takom prípade sa zdá, že prúd tečie z kondenzátora.

Povedzme teda, že vstupné napätie nie je taká stabilná, ako by sme potrebovali. Kondenzátor môže pomôcť vyhladiť tieto (krátke) poklesy.

Krok 3: Jedna aplikácia kondenzátorov - šum filtra

Ako nám môže kondenzátor pomôcť? Ako môžeme použiť to, čo sme zistili na kondenzátore?

Najprv si namodelujeme niečo, čo sa deje v reálnom živote: hlučnú energetickú koľajnicu v obvodoch nášho robota.

Použili sme L. T. Spice, môžeme skonštruovať obvod, ktorý nám pomôže analyzovať digitálny šum, ktorý by sa mohol objaviť v napájacích koľajniciach obvodov nášho robota. Obrázky zobrazujú obvod a Spiceho modelovanie výsledných úrovní napätia výkonovej lišty.

Spice môže modelovať preto, že napájací obvod („V.5V. Batt“) má malý vnútorný odpor. Len pre kopy som urobil, aby mal 1ohm vnútorný odpor. Ak to vymodelujete, ale neurobíte, aby mal zdroj hlasovania vnútorný odpor, neuvidíte pokles napätia na koľajnici kvôli digitálnemu šumu, pretože potom je zdroj napätia „perfektný zdroj“.