moottorille tarkka rpm

[cartti]

Kremmen
Kun nyt aiheiseen päästin, niin mielelläni kyselen tyhmiä. Ajatus siis oli että tuota ajettaisiin servona "riittävällä" enkooderin tarkkuudella ja mikron laskentateholla. Sitä ei ole mahdollista/järkevää saada optimoitua riittävän sulavaksi varsinkin kun vaadittu nopeus on vakio?

[Kremmen]

Kremmen
Kun nyt aiheiseen päästin, niin mielelläni kyselen tyhmiä. Ajatus siis oli että tuota ajettaisiin servona "riittävällä" enkooderin tarkkuudella ja mikron laskentateholla. Sitä ei ole mahdollista/järkevää saada optimoitua riittävän sulavaksi varsinkin kun vaadittu nopeus on vakio?

Kauneus on aina katsojan silmässä - tai tässä tapauksessa kai korvassa. Kyllä on mahdollista saada tuollainen systeemi riittävän hyväksi, hieman vaihtelevilla "hyvän" arvoilla.

Ensimmäinen asia joka pitää osata mieltää on, että kaikki säätöjärjestelmät, olivat ne millaisia tahansa, kompensoivat systeemissä esiintyviä virheitä niin, että prosessin mitattu oloarvo mahdollisimman tarkkaan vastaa ohjearvoa. Oleellinen pointti on, että jos säätäjä tekee korjausta, niin virhe on jo tapahtunut. Tästä syystä systeemi pitäisi rakentaa niin, että kaikki tarvittavat korjaukset ovat mahdollisimman minimaalisia ja itse perussysteemi rakenteellaan karsii merkittävät häiriömekanismit pois.

Toinen asia joka pitää sisäistää on säätöjärjestelmän dynamiikka versus jäännösvirheiden taajuusspektri. Tämä menee jo säätötekniikan ja systeemidynamiikan puolelle, mutta menköön kun kerta liittyy olennaisesti itse asiaan. Pahoittelut vaan että en välttämättä löydä termejä jotka heti avautuu kaikille lukijoille. Mutta kysykää niin ruoditaan tarkemmin.

Kaikki säätöjärjestelmät ovat takaisinkytkettyjä systeemejä Näille on oleellista, että säätäjään tuodaan ohjearvo (joko vakio jolloin säätäjä on xxx-staatti tai muuttuva jolloin säätäjää kutsutaan servoksi). Tässä pyritään siis vakioimaan lautasen kierrosluku. Ohjearvoa verrataan oloarvoon, joka on jollain sopivalla tavalla mitattuna se todellinen mittasuure jota ohjearvo pyrkii ohjaamaan. Vertailussa lasketaan ohjjeen ja oloarvon erotus eli eroarvo joka kuvaa säädettävän suureen virhettä ohjearvoon nähden. Eroarvoon kohdistetaan sopivia laskennallisia toimenpiteitä, joiden tuloksena saadaan toimisuure joka ohjaa toimilaitetta. Toimilaite vie sitten oloarvoa toivottavasti kohti ohjearvoa jolloin eroarvo pienenee ja parhaassa tapauksessa nollaantuu. Klassinen laskennallinen toimenpide on PID-algoritmi joka on ruodittu halki ja puhki netissä niin moneen kertaan etten mene siihen tässä ellei joku vaadi.
Olennaista on, että tuo kokonaisuus on takaisinkytketty systeemi, eli muodostaa suljetun säätösilmukan. Silmukassa voidaan ajatella niin, että ohjearvo ikäänkuin etenee silmukassa ja palaa alkuun oloarvon muodossa. Tämä lenkki muodostaa ns. silmukkavahvistuksen ja se (ja vain se) määrää säätösysteemin käyttäytymisen. Säätöteoriassa näitä systeemissä liikkuvia signaalisuureita käsitellään kompleksilukuina joille on tunnusomaista että signaalilla on paitsi amplitudi, myös hetkellinen vaihekulma. Useimmille tuttu esimerkki olisi vaikka skoopilla suoritettu vaihtojännitemittaus. Pari siniaaltoa joista toinen on vähän viivästynyt ovat keskenään määrätyssä vaihekulmassa jonka määrää signaalin taajuus ja se aika jonka toinen on jäljessä toista. Sama tapahtuu säätösilmukassa niin, että signaalin eteneminen ei koskaan tapahdu äärettömän nopeasti. Sen takia oloarvo on aina vaihesiirrossa ohjearvoon takaisinkytkentäsilmukassa syntyvän viiveen verran.  Tämä on kriittisen tärkeä seikka, koska se määrää systeemin dynamiikan eli kuinka napakasti ohjaava säätäjäö on ylipäänsä mahdollista toteuttaa.
On olemassa hyvin määritelty stabiilisuuden käsite. Yksinkertaisin ehto on Boden stabiilisuuskriteeri: että suljetun silmukan vahvistuksen tulee olla pienempi kuin 0dB silloin kun signaalin vaihesiirto silmukassa on saavuttanut 180 astetta. Tämän lisäksi on olemassa useita mutkikkaampia ehtoja mutta ne ei muuta asiaa. Tämä kriteeri on ilman ehtoja aina voimassa. Mikään systeemi joka ei sitä täytä, ei ole stabiili vaan värähtelee tai ajautuu toimialueen laitaan.
Huomionarvoista on, että säätösilmukkaan kuuluu paitsi säätäjänm elektroniikka ja mahdollinen laskentaohjelmisto jossain prosessorissa, myös kaikki mekaniikka joka osallistuu oloarvosignaalin muodostamiseen. Levysoittimen tapauksessa kun mitataan lautasen pyörimisnopeutta, niin silmukassa on mukana moottori, vetohihnat ja levylautanen laakerointeineen. Nämä kaikki yhdessä muodostavat säätösilmukan taajuusvasteen.

Jos tarkastellaan jonkun mustan laatikon taajuusvasteen käsitettä pähkinänkuoressa, niin yksinkertaisimmillaan se voidaan mieltää kahden signaalin suhteeksi toisiinsa: laatikkoon syötettävä tulosignaali, ja laatikosta ulos saatava lähtösignaali. Näiden kahden suhde on mustan laatikon ns siirtofunktio joka määrää sen taajuusvasteen. Eli yksinkertaisesti:

G(s) = Uout(s) / Uin(s), missä
G = siirtofunktio
Uout = lähtösignaali(jännite)
Uin = tulosignaali

Signaalien ei mitenkään tarvitse olla jännitteitä, ne voivat olla mikä vaan relevantti suure, mutta olkoon nyt näin. Tuo (s) vaatisi pidempää selitystä, se on Laplace-operaattori mutta olkoon tässä nyt vaan muistuttamassa, että nuo signaalit kaikki ovat kompleksisia suureita. Sellaisina niillä on siis sekä amplitudi että taajuus ja tästä päästäänkin siihen, että nuo kaikki voidaan kuvata taajuuden funktiona Bode-käyrästöllä. Jokainen on nähnyt hifilehdissä kaiuttimien taajuusvastekäyriä; ne ovat juurikin Bode-kuvaajia tosin ilman vaihekulun osuutta, eli niissä on näytetty vain amplitudi.
Nyt koko levylautasen säätösysteemi voi siis olla tuo musta laatikko. Sen ohjearvo on jokin vakio joka kuvaa vaikka nopeuta 33 1/3 RPM ja oloarvo on lautasesta mitattu kierrosnopeus. Menemättä syvemmälle detaljeihin, siirtofunktio voidaan määrittää syöttämällä ohjeeksi muuttuvataajuista signaalia ja mittaamalla vastaava oloarvosignaali kullakin taajuudella. Säätäjän dynamiikan raja määräytyy stabiilisuuskriteerin mukaan: säätövahvistus ei voi olla isompi kuin raja-arvo jolla se on alle 0dB kun oloarvo on 180 astetta ohjetta jäljessä. Käytännössä ei voida olla edes ihan lähellä, vaan ns vaihevaraa on oltava jokunen kymmentä astetta.
Taajuuden kasvaessa tulee siis vastaan raja jonka yläpuolella säätövahvistusta on pudotettava niin että systeemi on stabiili. Samalla se tarkoittaa että systeemi ei pysty korjaamaan semmoisia virheitä joiden esiintymistaajuus on korkeampi kuin taajuus jolla silmukkavahvistus alittaa 0dB. Jos siis levylautanen/vetohihna muodostavat massa-jousisysteemin jonka mekaaninen aikavakio on vaikkapa 20 ms niin ne tuottavat säätösilmukan vahvistuskäyrään solmukohdan taajuudelle 1/jwT missä w on kulmataajuus radiaania sekunnissa ja T on aikavakio - eli noin 8Hz. Tästä korkeammilla taajuuksilla säätösilmukan vahvistus putoaa vähintään 40 dB / dekadi ja mikä oleellista, silmukkasignaalin vaihe on solmukohdassa jätättänyt jo 90 astetta ja jatkaa jätättämistä taajuuden noustessa. Säätösysteemi ei siis edes teoriassa pysty korjaamaan sellaisia virheitä joissa esiintyy selkeästi tuota korkeampia taajuuskomponentteja. Ja tuo 20ms oli vain heitto, todellisuudessa aikavakiot voi olla vaikka pidempiäkin vielä - riippuu mekaniikasta.

Parhaissa kaupallisissa pyörittimissä oli joskus päädytty semmoiseenkin, että ei edes käytetty varsinaisesti takaisinkytkettyjä säätäjiä. Sen sijaan aluksi mitattiin sopivat ohjaussuureet ja sen jälkeen ajettiin avoimella silmukalla jolloin ei voi syntyä mitään takaisinkytkennästä johtuvia stabiilisuushäröjä. Tosin korjausmekanismitkin sitten puuttuvat, mutta jos mekaniikka on riittävän laadukasta niin ilmeisesti ei tarvittu.

[timoteus]

no nyt on kovanluokan oppimateriaalia!
Olisko siis simppeli/hyvä ratkaisu yksinkertaisesti laittaa vain joku hyvälaatuinen 200rpm DC motti pyörittämään 1:6.3 välityksellä lautasta, ja ihan jollain simppelillä potikalla säätää rpm oikein?
ei olisi nuota takaisinkytkentöjä tai vastaavia monimutkaistamassa.

[pave]

stabiilisuushäröjä. Tosin korjausmekanismitkin sitten puuttuvat, mutta jos mekaniikka on riittävän laadukasta niin ilmeisesti ei tarporkkana.

;D ;D ;D

Varmaan seillaisen ootte nähnykkin, kun mulla oli Maranzin levysoitin joskus niin siinä oli stroboskooppi kyhätty levylautaseen ilmeisesti käyttäen 50hz vaihtovirtaa apuna. Potikasta sitten säädettiin kierrokset kohilleen. Huojunta näkyi muuten selvästi siitä strobosta.

[Kremmen]

Joo itse asiassa kun mainitset niin muistanpa tosiaan että semmoisia stroboja tosiaan noissa levareissa oli aikanaan, paremmissa ainakin.

[kupru]

Joo, noita stroboja oli.

Aivot kuumeni, kun yritin lukea Kremmenin kekstiä. ;D

[Jussik]

Mä suosittelisin jotakin todella hyvälaatuista tasavirta moottoria, esim.
http://www.pittman-motors.com/Brush-DC-Motors.aspx.
Keskittyisin tämän moottorin powerin suunnitteluun siten että sinne saadaan tasainen jännite, ehkä jopa kuormasta riippumaton ja säädettävä.
Jos levysoittimesta kyse niin panostaisin häriö suodatukseen myös.

Sen perään riittävän suuri kaksivaiheinen remmi välitys.
Suurella välityksellä ja vakaalla powerilla saadaan vakaa kierrosluku.
Suunnittelemalla poweriin ulostulojännitteen säädön, voi sillä myös hienosäätää kierrosluvun kohdalleen.

Lisäksi panostaisin laakerointiin, hiljaisuutta vaadittaessa kuulalaakerointi on hyvävaihtoehto.
Jos äänekkyydellä ei väliä niin, ehkä jopa ilmalaakerointi tulisi kyseeseen.

Jos kuormitus on vaihteleva, silloin panostaisin takaisinkytkettyyn järjestelmään.
Joko analogiseen tai digitaaliseen.

[porepe]

Hifistille ei mikään riitä.... Kaverilla on levari joka painaa noin 30kiloa... Kuoret kiveä. Levylautanen 40-50mm paksu rosteri kiekko. Äänivarsi x-y tyyppinen ilmalaakeroitu jolloin neulan kulma levyyn nähden ei koskaan muutu ja äänivarsi liikkuu kevyesti puhaltamalla sitä päin... Levylautasen laakerointia en muista että oliko sekin ilmalla vaiko laakereilla...

[Tapani Honkanen]

Hiukan ymmärsin Kremmenin kirjoituksesta sentään. Kremmen vääntää rautalangasta ihan sen mukaan mitä vastaanoton herkkyys on.
Mitä tulee tuohon äänitteen laatuun sen esityksessä, siitä tehtyyn ensimmäiseen taltiointiin ja siitä sitten veistellen ääniuraksi. Ymmärtääkseni digitaalisuus antaa mahdollisuuden melko hyvään toistoon siihen vaiheeseen kun sitä ruvetaan pukkaamaan vahakiekolle. Sitten rupean kyselemään ikäviä asioita. Kuinka tarkka onkaan sen vahakiekkoa pyörittävän limpun pyörimisnopeus? Sitten, miten hyvin tuo kaiverrusvaihe toteuttaa alkuperäisen singnaalin? Entäpä äänirasian kyky tuottaa matriisista kopioidusta  muoviurasta jälleen alkuperäinen singnaali vaikka pyörimisnopeus olisi täydellisesti normin mukainen.

Entäpä se toistettava melu, jota jotkut musiikiksi mieltävät. Mitä mieltä on näperrellä äänentoiston viimeisten vaiheiden olemattoman ongelman parissa.

Vähän tuntuu sähköyliherkkyyteen viittaavalta ominaisuudelta tuo hifistely

[timoteus]

flättärihifistit yleensä on kovanluokan hörhöjä.
itse en näihin lukeudu.

yleensä tulee digitaali flackkeja kuunneltua, mutta välillä on kiva laittaa kiekkokin pyörimään, ihan vain kun usein älppäreissä on parempia miksauksia.

mekaaninen puoli on jo kunnossa, ja olen erittäin tyytyväinen tilanteeseen, 3 hyvälaatuisella laakerilla toteutettuna.
tämä nyt ei varmaan ihan 30kg:tä tule painamaan mutta kympin luokkaa varmaankin yhteensä.

taidan toteuttaa ton motorisoinnin simppelillä keinolla, ilman takaisinkytkentää. laadukas dc motti, hyvä hakkuripoweri johon potikka ja arduinolla pieni rpm näyttö vain kertomaan mihin suuntaan ruuvata.

Kiitokset kaikille neuvoista  8)

[Hiekkaranta_92]

Kai siitä koulun käynnistäkin jotain hyötyä on kun kremmenin tekstistä ymmärtää kaiken. Täytyy sanoa että vaikka kompleksisuus kuulostaa melko vaikealta, on se aika yksinkertainen matemaattinen työkalu. Siitä on apua niin vaihtosähkölaskennoissa kuin tosiaan säätöpirien tutkimisessa. Varsinkin nykypäivänä kun laskin hoitaa melko suoraviivaisesti muunnokset kompleksisen ja aikatason sekä kulma ja summamuotoisten esitystavan välillä.

[simppa]

Ekologinen versio  ;D

https://www.youtube.com/watch?v=lSiVWkk5zaQ

[viilari]

Mun käyttölevarissa,Denon DP-37 on levylautasen sisäpinnalla magneettiraita jota äänipää lukee ja jonka pullssitiedosta levylautasen servon ohjaus saa pyörintänopeuden korjaustiedon.

[cartti]

Mun käyttölevarissa,Denon DP-37 on levylautasen sisäpinnalla magneettiraita jota äänipää lukee ja jonka pullssitiedosta levylautasen servon ohjaus saa pyörintänopeuden korjaustiedon.

Tätä itsekin visioin enkooderilla. Suurempi kysymysmerkki vain lie oli että onko se magneettien ja käämien välinen "mikrosteppaus" mahdollista saada riittävän sulavaksi. Pitäisi melkein rakennella, koodailla ja testailla että saisi vastauksen.

Kiitos Kremmen aina yhtä kovatasoisista teksteistä. :)