Pulssinleveysmodulaation käyttö moottoriohjauksessa

Abstract

Tässä opinnäytetyössä käsitellään pulssinleveysmodulaation käyttöä moottorinohjauksessa. Tarkastellaan sähkömoottoreita sekä servotekniikkaa ja niiden toimintaperiaatteita sekä sitä miten niitä PWM-tekniikalla ohjataan. Työstä tehdään myös käytännön sovellus, jossa ohjataan mikro-ohjaimen avulla tasavirtamoottoria sekä servomoottoria.

Tämän työn tavoitteena on perehtyä pulssinleveysmodulaation teoriaan sekä toimintaperiaatteeseen. Tutkitaan myös, minkä vuoksi se on kehitetty ja yleistynyt elektroniikkakäytössä. Vertaillaan sitä muihin vastaaviin tekniikoihin ja pohditaan sen heikkoja sekä vahvoja puolia.

Työssä kerrotaan myös DC-sekä servomoottoreiden ominaisuuksista ja toimintaperiaatteesta. Työssä käytetään Atmelin AT90USB1287-mikro-ohjainta ja perehdytään sen ominaisuuksiin niiltä osin kuin niitä työssä hyödynnetään. Käytännön sovellukseksi tehdään linjanseurantarobotti, jossa työntövoimana käytetään DC-moottoria, ohjaukseen servomoottoria, linjan seurantaan kontrasteja havaitsevia QRD1114-antureita sekä datan käsittelyyn ja moottoreiden ohjaukseen AT90USB1287-mikro-ohjainta.

The subject of this thesis is the use of pulse width modulation, PWM, for motor control. Electric motors and servo technology were examined, along with their operating principles and how they are controlled with the PWM technique. A practical application was also created to demonstrate the PWM technique in action.

At the beginning of the thesis, the theory and operating principle of pulse width modulation were studied. Research was done to determine the reasons for the development of pulse width modulation and why it is so widly used in embedded electronics. The PWM technology was compared with other similar technologies, and its weaknesses and strengths were analyzed.

A line tracking robot was created as the practical application. It uses a DC motor for propulsion and a servo motor for steering. For line tracking the robot uses QRD1114 sensors that are able to sense a difference in contrasts. For the data processing and motor control there is Atmel’s AT90USB1287 microcontroller. Its properties were also examined to the extent that they were used in the application.