Управління соленоїдами за допомогою ШІ-регулятора

Схема розроблялася на замовлення для експериментів в управлінні соленоїдами автопогрузчика за допомогою штатного джойстика автопогрузчика. Завдання полягало в тому, щоб перетворити вихідний сигнал схеми джойстика, змінюваний в залежності від напрямку руху важеля (вгору-вниз), в плавне зміну струму через пару соленоїдів, що регулюються окремо напрямком важеля джойстика. Рух важеля джойстика вгору повинно викликати наростання струму в соленоїді L1 (відповідно до положення важеля), рух вниз – струм збільшується в L2. У нейтральному положенні джойстика обидва соленоїди повинні бути знеструмлені. Автор поняття не має, яким чином і наскільки успішно була використана дана конструкція після виготовлення (замовник не повертався), але сподівається, що комусь схемне рішення, описане нижче, може стати в нагоді для управління чимось (від освітлювальних приладів до електродвигуна сервоприводу, наприклад).

Рис.1 Принципова схема схеми управління соленоїдами

Принципова схема пристрою управління соленоїдами наведена на рис.1. Джойстик Joy містить вбудований перетворювач положення рукояті – в напругу. Нейтральне положення рукояті відповідає рівню +2,5В на виході джойстика, максимальне «вгору» - +5В, максимально «вниз» - 0В. Вихідні рівні 0+2,5В+5В змінюються плавно і, відповідно, так само плавно повинен змінюватися струм в обмотках соленоїдів. Слід враховувати і те, що мінімальне відхилення рукояті джойстика в будь-якому з двох напрямків повинно забезпечувати струм, при якому поле, що створюється всередині соленоїдів, забезпечувало б певну магнітну "тягу".

Для відстеження рівня вихідної напруги Joy була побудована схема повторювачів рівнів на сдвоєному ОУ (U1), перетворюючим вхідні «різнополярні» зміни (відносно +2,5В на виході Joy) в однополярні, що призводять до однакових змін при протилежних зміщеннях рукояті Joy на входах DIC ШІ-регуляторів U3, U4. Зміни на цих входах задаються транзисторами Q1, Q2, що формують керований дільник напруги для входів DIC кожного з регуляторів U3, U4.

Обидва регулятори виконані на мікросхемах TL494CN, які в даному включенні практично не мають компонентів «обв'язки» (тільки часозадаючі компоненти вбудованого генератора мікросхеми - C4, R6). З виходів U3, U4 прямокутний сигнал з регульованою скважністю за допомогою емитерних повторювачів на транзисторах Q3, Q4 подається на затвори потужних польових транзисторів Q5, Q6, безпосередньо керуючих струмом через обмотки соленоїдів. Таким чином, при зміщенні рукоятки джойстика (Joy) вгору від початку зміщення до максимального відхилення, наростання струму відбувається в соленоїді L1, залишаючи соленоїд L2 знеструмленим. При русі рукоятки джойстика вниз струм збільшується в обмотці соленоїда L2, обмотка L1 – знеструмлена.

При налаштуванні регулятора візуалізація можлива за допомогою ламп розжарювання, включених замість котушок соленоїдів.

Резисторами PR2-PR5 підбираються межі регулювання на кожному з виходів ОУ U1 і ідентичність діапазонів для кожного з напрямків рукояті Joy, резисторами PR6, PR7 – початкова скважність імпульсної послідовності, що визначає початковий струм соленоїдів при мінімальному зміщенні рукоятки джойстика в одному з напрямків, на виходах U3, U4 (за допомогою осцилографа). Частота генерації визначається номіналами C4, R6 і може бути в діапазоні 0,1-1кГц.

Схема була розроблена практично експромтом під диктовку замовника, тому монтаж компонентів, виконаний на невеликій перфорованій платі (фото на рис.2), містить надмірну кількість компонентів. Зовнішній вигляд макета пристрою з підключеним джойстиком показаний на рис.3. Печатна плата розроблялася «начисто» (зображена на рис.4), без зайвих деталей, в повному відповідності принциповій схемі (рис.1).

Список радіоелементів